La carbonitrurazione è l'assorbimento e la diffusione di carbonio e azoto nella superficie dell'acciaio per ottenere una superficie dura e un nucleo più morbido dopo la tempra. La carbonitrurazione è un trattamento termico superficiale, una forma di cementazione, per gli acciai semplici a basso tenore di carbonio e basso legati e per le ghise, che conferisce resistenza all'usura e una moderata capacità di sopportare carichi. s
Con gli acciai al carbonio semplici, l'uso della carburazione a gas è limitato a sezioni di piccole dimensioni, se la cassa deve essere completamente indurita mediante tempra in olio. L'aggiunta di azoto (fornito dall'aggiunta di ammoniaca e propano all'atmosfera del forno in un forno di tempra sigillato ) aumenta la temprabilità superficiale consentendo la diffusione di carbonio e azoto. La carbonitrurazione può quindi essere considerata un equivalente gassoso della tempra in bagno di sali di cianuro. L'intervallo di temperatura normalmente impiegato è di 820/910°C, con 870°C come temperatura ottimale per ottenere le migliori condizioni di cementazione con la maggior parte degli acciai adatti. In genere si impiegano trattamenti di tempra singoli e il processo è utilizzato principalmente per profondità di cementazione fino a 0,75 mm (0,030″). Per i casi più profondi in acciai a basso tenore di carbonio è utile carburare solo a 930/950°C e poi ridurre la temperatura del forno a 870°C e completare il processo con la carbonitrurazione seguita dalla tempra in olio.
Per il trattamento termico di carbonitrurazione si possono utilizzare anche forni a letto fluido. Questo metodo è particolarmente adatto al trattamento di componenti di piccole dimensioni e di quelli la cui geometria sarebbe soggetta a mascheramento e conseguente indurimento non uniforme, se si utilizzasse il metodo di tempra sigillata. I trattamenti con bagni di sali di cianuro sono stati ormai ampiamente superati dai trattamenti a letto fluido, che non presentano i rischi per la salute, la sicurezza e l'ambiente associati agli aspetti operativi e di smaltimento dei bagni di sali di cianuro.
Come per tutti i processi di tempra, è buona norma terminare con un trattamento di rinvenimento per ridurre la fragilità e conferire una resistenza ottimale. Indipendentemente dal metodo di carbonitrurazione utilizzato, una temperatura di rinvenimento di 150°C è generalmente adatta.
La carbonitrurazione non deve essere confusa con il suo partner a temperatura inferiore, la nitrocarburazione.