Carbonitrurarea este un proces metalurgic de întărire a suprafeței utilizat pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a pieselor metalice. Similar în esență cu procesele convenționale de carburare cu gaz, carbonitrurarea prezintă includerea unei componente de azot sub formă de amoniac. Datorită timpilor de ciclu mai scurti și temperaturilor mai scăzute implicate, procesul este mai economic decât cementarea, făcându-l astfel un proces mai de dorit pentru piesele produse în masă, cu costuri reduse. Procesul prezintă, de asemenea, beneficii suplimentare, cum ar fi rezistența crescută la distorsiunea de stingere. Este folosit pentru călirea pieselor, cum ar fi dinții angrenajului, rulmenții și sculele cu diferite valori de duritate a suprafeței și grosimi medii ale carcasei.
Piesele metalice de întărire pe suprafață sau în carcasă este una dintre cele mai vechi și mai eficiente metode de creștere a rezistenței la uzură. Procesul creează un strat subțire, sau o carcasă, de material mai dur, rezistent la uzură pe suprafața piesei, în timp ce structura internă rămâne maleabilă și dură. Carburarea este cea mai veche formă de cementare și implică încălzirea piesei în prezența unui material bogat în carbon. Carbonul pătrunde pe suprafața piesei în timpul acestui proces, creând astfel un strat de suprafață foarte dur atunci când este stins sau răcit rapid. Carbonitrurarea este similară cu cementarea, cu excepția adăugării de amoniac la sursa de carbon, a temperaturilor de proces mai scăzute și a timpilor de ciclu mai scurti.
În timpul procesului, amoniacul este introdus împreună cu materialul de carbon ca sursă de azot. Includerea azotului permite cicluri mai scurte de expunere la căldură și temperaturi de proces mai scăzute. Temperatura medie a unui proces de cementare convențional este de 950°F până la 3100°F (510°C–1700°C), cu temperaturi de carbonitrurare cuprinse între 1560°F și 2820°F (850°C–1550°C). Acești factori reprezintă o economie semnificativă a costurilor de producție, făcându-l astfel un proces ideal de întărire pentru piese de volum mare, cu costuri reduse. Procesul prezintă, de asemenea, beneficiile unor rate mai mici de distorsiune la stingere, o rezistență mai mare la oboseala metalelor și o rezistență mai mare la impact.
Valorile durității suprafeței posibile cu procesul de carbonitrurare variază de la 55 la 62 HRC, iar grosimi medii ale carcasei sunt atinse între 0.003 și 0.02 inchi (0.07–0.5 mm). În cazurile în care sunt necesare caracteristici de suprafață combinate specializate, piesa poate fi carburată inițial la adâncimi de 0.1 inch (2.5 mm) și apoi expusă carbonitrurării. Aceste procese de întărire compozite au avantajul de a oferi zone mai adânci, de durată mai lungă, cu rezistență crescută la impact și rezistență la oboseală a procesului de carbonitrurare. Părțile care sunt în mod obișnuit călite prin carbonitrurare includ elemente de fixare, știfturi de blocare, dinți angrenaj, rulmenți, arbori, came și unelte.