Karbonitriranje je metalurški postopek površinskega utrjevanja, ki se uporablja za izboljšanje odpornosti kovinskih delov na obrabo. Podobno v bistvu kot pri običajnih postopkih karburizacije plina, je karbonitriranje značilno vključitev dušikove komponente v obliki amoniaka. Zaradi krajših časov cikla in nižjih temperatur je postopek bolj ekonomičen kot naogljičenje, zaradi česar je bolj zaželen postopek za serijsko proizvedene, poceni dele. Postopek ima tudi dodatne prednosti, kot je povečana odpornost proti popačenju pri gašenju. Uporablja se za utrjevanje delov, kot so zobniki, ležaji in orodja različnih površinskih trdot in povprečne debeline ohišja.
Površinsko ali ohišno utrjevanje kovinskih delov je ena najstarejših in najučinkovitejših metod za povečanje njihove odpornosti proti obrabi. S postopkom na površini dela nastane tanek sloj ali ohišje iz tršega materiala, odpornega proti obrabi, medtem ko notranja struktura ostane gibka in žilava. Karburizacija je najstarejša oblika utrjevanja ohišja in vključuje segrevanje dela v prisotnosti materiala, bogatega z ogljikom. Ogljik med tem postopkom prežema površino dela in tako pri hitrem gašenju ali hlajenju ustvari zelo trdo površinsko plast. Karbonitriranje je podobno naogljičenju, z izjemo dodajanja amoniaka viru ogljika, nižjih temperatur procesa in krajših časov cikla.
Med postopkom se skupaj z ogljikovim materialom uvede amoniak kot vir dušika. Vključitev dušika omogoča krajše cikle izpostavljenosti toploti in nižje temperature procesa. Povprečna temperatura običajnega postopka naogljičenja je od 950 °F do 3100 °F (510 °C–1700 °C), pri čemer se temperature karbonitriranja gibljejo od 1560 °F do 2820 °F (850 °C–1550 °C). Ti dejavniki predstavljajo znaten prihranek pri proizvodnih stroških, zaradi česar je idealen postopek utrjevanja za velike količine, poceni delov. Postopek ima tudi prednosti nižje stopnje popačenja pri gašenju, večjo odpornost proti utrujenosti kovine in večjo udarno trdnost.
Vrednosti površinske trdote, ki so možne s postopkom karbonitriranja, se gibljejo od 55 do 62 HRC, dosegljive pa so povprečne debeline ohišja od 0.003 do 0.02 palca (0.07–0.5 mm). V primerih, ko so potrebne specializirane kombinirane površinske značilnosti, se del lahko najprej naogljiči do globine 0.1 inča (2.5 mm), nato pa izpostavi karbonitriranju. Prednost teh kompozitnih postopkov utrjevanja je, da nudijo globlja, dolgotrajnejša utrjena območja s povečano udarno trdnostjo in odpornostjo na utrujenost postopka karbonitriranja. Deli, ki so običajno utrjeni s karbonitriranjem, vključujejo pritrdilne elemente, blokirne zatiče, zobnike, ležaje, gredi, odmike in orodja.