Węgloazotowanie to absorpcja i dyfuzja węgla i azotu na powierzchni stali w celu uzyskania twardej powierzchni i bardziej miękkiego rdzenia po hartowaniu. Węgloazotowanie jest powierzchniową obróbką cieplną, formą utwardzania powierzchniowego dla zwykłej stali niskowęglowej i niskostopowej oraz żeliwa, która zapewnia odporność na zużycie i umiarkowaną nośność.
Stwierdzono, że w przypadku zwykłej stali węglowej zastosowanie nawęglania gazowego jest ograniczone do małych przekrojów, jeśli obudowa ma być w pełni utwardzona przez hartowanie w oleju. Dodatek azotu (dostarczanego przez dodanie amoniaku oraz propanu do atmosfery pieca w zamkniętym piecu hartowniczym ) zwiększa hartowność powierzchniową, umożliwiając dyfuzję zarówno węgla, jak i azotu. Węgloazotowanie można zatem uznać za gazowy odpowiednik hartowania w kąpieli solnej z cyjankiem. Normalny zakres stosowanych temperatur wynosi 820/910°C, przy czym 870°C jest optymalną temperaturą dla najlepszych warunków hartowania w przypadku większości odpowiednich stali. Zazwyczaj stosuje się pojedyncze hartowanie, a proces ten jest stosowany głównie w przypadku głębokości warstwy do 0,75 mm (0,030″). W przypadku większych głębokości nawęglania stali niskowęglowych warto nawęglać tylko w temperaturze 930/950°C, a następnie obniżyć temperaturę pieca do 870°C i zakończyć proces węgloazotowaniem, a następnie hartowaniem w oleju.
Do obróbki cieplnej metodą węgloazotowania można również stosować piece ze złożem fluidalnym. Metoda ta jest szczególnie odpowiednia do obróbki małych elementów i tych, których geometria byłaby podatna na maskowanie i związane z tym nierównomierne hartowanie, gdyby zastosowano metodę hartowania zamkniętego. Obróbka w kąpieli solnej z cyjankiem została obecnie w dużej mierze zastąpiona obróbką w złożu fluidalnym, która nie wiąże się z zagrożeniami dla zdrowia, bezpieczeństwa i środowiska związanymi z aspektami operacyjnymi i utylizacją kąpieli solnych z cyjankiem.
Podobnie jak w przypadku wszystkich procesów hartowania, dobrą praktyką jest zakończenie odpuszczaniem w celu zmniejszenia kruchości i nadania optymalnej wytrzymałości. Niezależnie od zastosowanej metody węgloazotowania, temperatura odpuszczania 150°C jest ogólnie odpowiednia.
Węgloazotowania nie należy mylić z jego partnerem o niższej temperaturze - azotonawęglaniem.