La carbonitruration est l'absorption et la diffusion de carbone et d'azote dans la surface de l'acier pour donner une surface dure et un noyau plus mou après la trempe. La carbonitruration est un traitement thermique de surface, une forme de cémentation, pour les aciers ordinaires à faible teneur en carbone et faiblement alliés et les fontes, qui offre une résistance à l'usure et une capacité de charge modérée.s
Pour les aciers au carbone ordinaire, l'utilisation de la cémentation au gaz est limitée aux petites sections si le boîtier doit être entièrement durci par trempe à l'huile. L'ajout d'azote (fourni par l'ajout d'ammoniac et de propane à l'atmosphère du four dans un four de trempe scellé ) augmente la trempabilité superficielle en permettant la diffusion du carbone et de l'azote. La carbonitruration peut donc être considérée comme un équivalent gazeux de la trempe par bain de sels de cyanure. La plage normale de température utilisée est de 820/910°C, 870°C étant la température optimale pour obtenir les meilleures conditions de cémentation avec la majorité des aciers appropriés. Des traitements de trempe uniques sont généralement employés et le processus est principalement utilisé pour des profondeurs de cémentation allant jusqu'à 0,75 mm (0,030″). Pour les casses plus profondes dans les aciers au carbone ordinaire, il est utile de cémenter uniquement à 930/950°C, puis de réduire la température du four à 870°C et de terminer le processus par une carbonitruration suivie d'une trempe à l'huile.
Les fours à lit fluidisé peuvent également être utilisés pour le traitement thermique de carbonitruration. Cette méthode est particulièrement adaptée au traitement des petites pièces et de celles dont la géométrie serait sujette à un masquage et à un durcissement inégal, si la méthode de trempe scellée était utilisée. Les traitements par bain de sels de cyanure ont été largement remplacés par des traitements par lit fluidisé qui ne présentent pas les risques pour la santé, la sécurité et l'environnement associés aux aspects opérationnels et d'élimination des bains de sels de cyanure.
Comme pour tous les procédés de trempe, il est bon de terminer par un traitement de revenu afin de réduire la fragilité et d'obtenir une résistance optimale. Quelle que soit la méthode de carbonitruration utilisée, une température de revenu de 150°C convient généralement.
La carbonitruration ne doit pas être confondue avec son partenaire à plus basse température, la nitrocarburation.