固体渗碳是在固体渗碳介质中进行的渗碳过程。渗碳剂由固体炭和催渗剂两部分组成。固体炭可以是木炭也可以是焦炭。碱金属或碱金属的碳酸盐可用作催渗剂，其醋酸盐有更好的催渗作用和活性。

固体渗碳的反应是在高温下渗碳剂发生分解：

Na₂CO₃→Na₂O+CO₂

BaCO₃→BaO+CO₂

高温下分解出的CO2与炽热的炭发生还原反应：

CO₂+C→2CO

CO气体吸附在工件表面，在Fe的催化作用下发生渗碳反应：

2CO→C(Fe)+CO₂

固体渗碳是在充满渗碳剂的密封不锈钢制箱中进行的，一股采用箱式电炉加热渗碳箱。固体渗碳的优点是：无需专用渗碳设备，渗碳工艺简单，特别适用于没有专用渗碳设备、批量小、变化多样的零件。其缺点是渗碳过程质量控制困难，渗碳加热效率低，能源浪费大。

渗碳工艺中，在800~850℃透烧的目的是减小靠近箱壁的工件与箱体心部工件渗碳层的差别。透烧时间的多少取决于渗碳箱的大小。

渗碳保温时间取决于渗层的深度要求，在(930±10)℃温度范围内，一般渗碳速度为0.1~0.15mm/h。根据渗层深度就可大致估算出保温时间。

在分级渗碳工艺中，当渗碳深度接近要求深度的下限值时，将炉温降低到840~860℃保温一定时间进行扩散，使表面碳浓度降低，渗层增厚，这样可防止网状渗碳体的出现。对于本质细晶粒钢，可免去正火清除网状渗碳体的过程，渗碳后直接淬火。

固体渗碳的操作主要体现在使用试样来确定获得所要求的渗层深度的出炉时间。在渗碳箱中放置两种试样，一种是插入箱内的Φ10mm的钢棒，要求它与工件材料相同，在渗碳过程中可随时抽取检验；另一种试样是埋入箱中的，随件出炉，供渗碳处理后检查金相组织和硬度。为了能正确反映工件渗碳效果，试样应靠近工件放置。

虽然固体渗碳有很多优点，如可以用各种形式的加热炉、不需要任何控制气氛、对小批量和大工件比较经济、不需要特殊缓冷设备等；但它也有很多不利之处，如工作环境条件差，在要求较浅的渗碳层时不易控制渗碳层深度、含碳量及碳浓度的梯度，需要直接淬火时操作比较困难等。为了消除这些缺点，改善工作条件，提高效率，常需要采用气体渗碳法。