Carbonitrieren ist die Absorption und Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in die Stahloberfläche, um nach dem Härten durch Abschrecken eine harte Oberfläche und einen weicheren Kern zu erhalten. Carbonitrieren ist eine Oberflächenwärmebehandlung, eine Form des Einsatzhärtens, für unlegierte und niedrig legierte Stähle und Gusseisen, die Verschleißfestigkeit und mäßige Tragfähigkeit bietet.s
Bei unlegierten Kohlenstoffstählen ist die Gasaufkohlung auf kleine Querschnitte beschränkt, wenn das Gehäuse durch Ölabschrecken vollständig gehärtet werden soll. Die Zugabe von Stickstoff (durch Zugabe von Ammoniak und Propan zur Ofenatmosphäre in einem geschlossenen Abschreckofen ) erhöht die Oberflächenhärtbarkeit, da sowohl Kohlenstoff als auch Stickstoff diffundieren können. Das Carbonitrieren kann daher als gasförmiges Äquivalent zum Cyanidsalzbadhärten betrachtet werden. Der übliche Temperaturbereich liegt bei 820/910 °C, wobei 870 °C für die meisten geeigneten Stähle die optimale Temperatur für beste Einsatzhärtensbedingungen darstellt. Im Allgemeinen werden einzelne Abschreckbehandlungen durchgeführt, und das Verfahren wird hauptsächlich für Einsatztiefen bis zu 0,75 mm (0,030″) verwendet. Bei tieferen Einsätzen in unlegierten Stählen ist es sinnvoll, nur bei 930/950°C aufzukohlen und dann die Ofentemperatur auf 870°C zu senken und den Prozess durch Carbonitrieren und anschließendes Ölabschrecken abzuschließen.
Für die Karbonitrierewärmebehandlung können auch Wirbelschichtöfen eingesetzt werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Behandlung von kleinen Bauteilen und solchen, deren Geometrie bei der Anwendung des versiegelten Abschreckverfahrens zur Verdeckung und damit zu ungleichmäßiger Härtung neigen würde. Cyanidsalzbadbehandlungen sind inzwischen weitgehend durch Wirbelschichtbehandlungen ersetzt worden, die nicht die mit den Betriebs- und Entsorgungsaspekten von Cyanidsalzbädern verbundenen Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltrisiken aufweisen.
Wie bei allen Härteverfahren ist es ratsam, das Verfahren mit einer Anlaßbehandlung abzuschließen, um die Sprödigkeit zu verringern und eine optimale Festigkeit zu erzielen. Unabhängig davon, welches Karbonitriereverfahren angewendet wird, ist eine Anlasstemperatur von 150°C im Allgemeinen geeignet.
Das Carbonitrieren sollte nicht mit seinem Partner bei niedrigeren Temperaturen, dem Nitrocarburieren, verwechselt werden.