Karbonitriranje je metalurški proces površinskog stvrdnjavanja koji se koristi za poboljšanje otpornosti metalnih dijelova na habanje. Slično u suštini konvencionalnim postupcima naugljičenja plina, karbonitriranje uključuje uključivanje dušične komponente u obliku amonijaka. Zbog kraćeg vremena ciklusa i nižih temperatura, proces je ekonomičniji od karburizacije, što ga čini poželjnijim procesom za masovno proizvedene, jeftine dijelove. Proces također ima dodatne prednosti kao što je povećana otpornost na gašenje izobličenja. Koristi se za očvršćavanje dijelova kao što su zubi zupčanika, ležajevi i alati različitih vrijednosti površinske tvrdoće i prosječne debljine kućišta.
Metalni dijelovi za površinsko očvršćivanje ili stvrdnjavanje kućišta jedna je od najstarijih i najučinkovitijih metoda povećanja njihove otpornosti na habanje. Proces stvara tanak sloj, ili kućište, tvrđeg materijala otpornog na habanje na površini dijela, dok unutarnja struktura ostaje savitljiva i žilava. Karburizacija je najstariji oblik stvrdnjavanja kućišta i uključuje zagrijavanje dijela u prisutnosti materijala bogatog ugljikom. Ugljik prožima površinu dijela tijekom ovog procesa, stvarajući tako vrlo tvrdi površinski sloj kada se gasi ili brzo ohladi. Karbonitriranje je slično naugljičenju s izuzetkom dodavanja amonijaka izvoru ugljika, nižih temperatura procesa i kraćeg vremena ciklusa.
Tijekom procesa, amonijak se uvodi zajedno s ugljičnim materijalom kao izvor dušika. Uključivanje dušika omogućuje korištenje kraćih ciklusa izlaganja toplini i nižih temperatura procesa. Prosječna temperatura konvencionalnog procesa karburizacije je 950°F do 3100°F (510°C-1700°C) s temperaturama karbonitriranja u rasponu od 1560°F do 2820°F (850°C-1550°C). Ovi čimbenici predstavljaju značajnu uštedu u troškovima proizvodnje, što ga čini idealnim procesom očvršćavanja za velike količine, jeftine dijelove. Proces također ima prednosti niže stope izobličenja pri gašenju, veće otpornosti na zamor metala i veće udarne čvrstoće.
Vrijednosti površinske tvrdoće moguće postupkom karbonitriranja kreću se od 55 do 62 HRC, a moguće su prosječne debljine kućišta od 0.003 do 0.02 inča (0.07–0.5 mm). U slučajevima kada su potrebne specijalizirane kombinirane površinske karakteristike, dio se u početku može naugljičiti do dubine od 0.1 inča (2.5 mm), a zatim izložiti karbonitriranju. Ovi kompozitni procesi stvrdnjavanja imaju prednost jer nude dublja, dugotrajnija područja očvršćena u kućištu s povećanom čvrstoćom na udar i otpornošću na zamor procesa karbonitriranja. Dijelovi koji se obično stvrdnjavaju karbonitriranjem uključuju pričvršćivače, klinove za zaključavanje, zupce zupčanika, ležajeve, osovine, bregove i alate.