Carbonitreren is de absorptie en diffusie van koolstof en stikstof in het oppervlak van staal om een hard oppervlak en een zachtere kern te verkrijgen na afschrikken. Carbonitreren is een oppervlakte-warmtebehandeling, een vorm van oppervlakteharding, voor ongelegeerde laagkoolstof- en laaggelegeerde staalsoorten en gietijzer, die slijtvastheid en een matig draagvermogen biedt.
Bij ongelegeerde koolstofstalen is gebleken dat het gebruik van gascarboneren beperkt is tot kleine doorsneden als de oppervlaktelaag volledig moet worden gehard door olieafschrikken. De toevoeging van stikstof (door ammoniak en propaan toe te voegen aan de ovenatmosfeer in een gesloten afschrikoven) verhoogt de oppervlaktehardbaarheid door zowel koolstof- als stikstofdiffusie mogelijk te maken. Carbonitreren kan daarom worden beschouwd als een gasvormig equivalent van cyanidezoutbadharden. Het normale temperatuurbereik is 820/910°C, waarbij 870°C de optimale temperatuur is voor de beste carbonitreeromstandigheden bij de meeste geschikte staalsoorten. Enkelvoudige afschrikbehandelingen worden doorgaans toegepast en het proces wordt voornamelijk gebruikt voor laagdikte tot 0,75 mm (0,030″). Voor diepere lagen in ongelegeerde koolstofstalen is het nuttig om alleen bij 930/950°C te carboneren en vervolgens de oventemperatuur te verlagen tot 870°C en het proces te voltooien door te carbonitreren, gevolgd door olieafschrikken.
Wervelbedovens kunnen ook worden ingezet voor carbonitreerwarmtebehandeling. Deze methode is bijzonder geschikt voor de behandeling van kleine componenten en die waarvan de geometrie gevoelig zou zijn voor afscherming en de daarmee gepaard gaande ongelijke harding, indien de afgesloten afschrikmethode zou worden gebruikt. Cyanidezoutbadbehandelingen zijn nu grotendeels vervangen door wervelbedbehandelingen, die niet de gezondheids-, veiligheids- en milieurisico's met zich meebrengen die gepaard gaan met de operationele en verwijderingsaspecten van cyanidezoutbaden.
Zoals bij alle hardingsprocessen is het een goede gewoonte om af te sluiten met een ontlaatbehandeling om brosheid te verminderen en optimale sterkte te geven. Ongeacht welke carbonitreringmethode wordt gebruikt, is een ontlaattemperatuur van 150°C over het algemeen geschikt.
Carbonitreren dient niet te worden verward met zijn lagere-temperatuurpartner, nitrocarboneren.