Поверхностное насыщение стали углеродом и азотом или совместно этими элементами — наиболее широко используемые процессы химико-термической обработки. Углерод и азот могут быстро диффундировать на большую глубину; активные среды, содержащие эти элементы, дешевы, а фазы, образующиеся с участием углерода и азота, резко изменяют механические и физико-химические свойства стали.

Науглероживанию (цементации) подвергают изделия из стали с низким содержанием углерода (до 0,25%). При цементации в твердом карбюризаторе изделия укладывают в ящик, куда засыпают и утрамбовывают древесный уголь, смешанный с 20-25% ВаСО₃.

При нагревании углерод древесного угля, соединяясь с кислородом воздуха, образует окись углерода, которая в контакте с железом дает атомарный углерод. Этот атомарный углерод диффундирует в глубь изделия. ВаСОз интенсифицирует процесс, добавляя количество атомарного углерода.

Для газовой цементации в качестве карбюризатора используют природный газ (метан), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосий, бензин и др.). Газовая цементация — основной процесс при массовом производстве; цементация в твердом карбюрезаторе используется в мелкосерийном производстве. Глубина цементации обычно находится в пределах 0,5-2 мм. Цементация проходит при 910-930 °С. Концентрация углерода в поверхностном слое обычно увеличивается до значений 0,8-1%. Цементация является промежуточной операцией, цель которой — обогащение поверхностного слоя углеродом. Требуемое упрочнение поверхностного слоя достигается последующей закалкой.