Karbonitrürleme, çelik yüzeyinin karbon ve azotla zenginleştirildiği bir ısıl işlem sürecidir. Bu işlem, çeliğin yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırmayı hedefler. Karbonitrürleme işlemi genellikle şu adımlardan oluşur:

Isıtma: Çelik parça, ısıtma fırınında belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Bu sıcaklık, karbon ve azotun çelik yüzeyine difüze olmasını sağlayacak seviyededir.

Karbon ve Azot Yükleme: Isıtılan çelik parça, karbon ve azot açısından zengin bir ortamda (örneğin amonyak ve metan gazları içeren ortam) tutulur. Bu gazlar, çelik yüzeyine difüze olarak yüzeyin karbon ve azotla zenginleşmesini sağlar.

Soğutma ve Sertleştirme: Karbon ve azotla zenginleştirilmiş çelik parça, hızlı bir şekilde soğutulur. Bu genellikle su verme işlemi ile gerçekleştirilir. Hızlı soğutma, yüzeyde martensit fazının oluşmasına neden olur ve çeliğin yüzeyi sertleşir.

Karbonitrürleme işlemi, özellikle küçük/hassas dişliler, valfler ve benzeri mekanik parçaların üretiminde yaygın olarak kullanılır. Bu işlem, çeliğin sadece yüzey sertliğini artırır ve istenilen derinlikte parçaların aşınma direncini artıran ince bir tabaka oluşturur. Ayrıca, karbonitrürleme işlemi, diğer yüzey sertleştirme yöntemlerine göre daha düşük işlem sıcaklıklarında gerçekleştirilmesi sayesinde, parçalarda boyutsal değişim/çarpılma nispeten daha az oluşur.