Kohlenstoffdiffusion bezeichnet den thermisch aktivierten Transport von Kohlenstoffatomen in Metallen, insbesondere in Eisenbasiswerkstoffen. In Stählen diffundiert Kohlenstoff überwiegend interstitiell im Austenit und wesentlich langsamer im Ferrit. Sie bestimmt Härtungsprozesse wie Einsatz- und Carbonitrieren, Phasenumwandlungskinetik und Karbidbildung. Diffusionskoeffizienten hängen von Gitterstruktur, Legierungselementen und Defektdichte ab und werden häufig über Arrhenius-Gesetze beschrieben.