La carbonitrurazione è un processo metallurgico di indurimento superficiale utilizzato per migliorare la resistenza all’usura delle parti metalliche. Simile in sostanza ai tradizionali processi di carburazione a gas, la carbonitrurazione prevede l’inclusione di un componente azotato sotto forma di ammoniaca. A causa dei tempi di ciclo più brevi e delle temperature più basse coinvolte, il processo è più economico della cementazione, rendendolo così un processo più desiderabile per parti prodotte in serie a basso costo. Il processo presenta anche vantaggi aggiuntivi come una maggiore resistenza alla distorsione da tempra. Viene utilizzato per cementare parti come denti di ingranaggi, cuscinetti e utensili di vari valori di durezza superficiale e spessori medi di carcassa.
Le parti metalliche di superficie o cementazione sono uno dei metodi più antichi ed efficaci per aumentare la loro resistenza all’usura. Il processo crea uno strato sottile, o involucro, di materiale più duro e resistente all’usura sulla superficie della parte, mentre la struttura interna rimane malleabile e resistente. La cementazione è la forma più antica di cementazione e prevede il riscaldamento del pezzo in presenza di un materiale ricco di carbonio. Il carbonio permea la superficie del pezzo durante questo processo, creando così uno strato superficiale molto duro quando viene raffreddato o raffreddato rapidamente. La carbonitrurazione è simile alla cementazione con l’eccezione dell’aggiunta di ammoniaca alla fonte di carbonio, temperature di processo più basse e tempi di ciclo più brevi.
Durante il processo, l’ammoniaca viene introdotta insieme al materiale carbonioso come fonte di azoto. L’inclusione di azoto consente di utilizzare cicli di esposizione al calore più brevi e temperature di processo inferiori. La temperatura media di un processo di cementazione convenzionale va da 950 °F a 3100 °F (510 °C–1700 °C) con temperature di carbonitrurazione comprese tra 1560 °F e 2820 °F (850 °C–1550 °C). Questi fattori rappresentano un notevole risparmio nei costi di produzione, rendendolo così un processo di cementazione ideale per pezzi di grandi volumi e a basso costo. Il processo presenta anche i vantaggi di tassi di distorsione da tempra inferiori, una maggiore resistenza alla fatica del metallo e una maggiore resistenza agli urti.
I valori di durezza superficiale possibili con il processo di carbonitrurazione vanno da 55 a 62 HRC e sono ottenibili spessori medi della cassa da 0.003 a 0.02 pollici (0.07-0.5 mm). Nei casi in cui sono richieste caratteristiche di superficie combinate specializzate, la parte può essere cementata inizialmente a una profondità di 0.1 pollici (2.5 mm) e quindi esposta alla carbonitrurazione in seguito. Questi processi di tempra dei compositi hanno il vantaggio di offrire aree cementate più profonde e più durature con la maggiore resistenza agli urti e alla fatica del processo di carbonitrurazione. Le parti che sono comunemente cementate mediante carbonitrurazione includono elementi di fissaggio, perni di bloccaggio, denti di ingranaggi, cuscinetti, alberi, camme e strumenti.