Le recuit consiste à chauffer un métal, généralement de l'acier, à une température supérieure à son point de recristallisation, ce qui permet à sa structure cristalline de se reformer en réduisant les contraintes internes. Le matériau est maintenu à cette température afin de permettre une diffusion atomique suffisante, favorisant ainsi la formation d'une phase plus souple et plus ductile. Il est ensuite refroidi lentement, souvent à l'intérieur du four, pour éviter l'apparition de contraintes. Ce refroidissement contrôlé affine la structure granulaire, minimise la dureté et améliore la ductilité, rendant le métal plus facile à usiner, à façonner ou à mettre en forme sans risque de fissuration.

Lors de la normalisation, l'acier est chauffé à une température légèrement supérieure à sa température critique de transformation afin de l'austénitifier complètement, puis refroidi à l'air libre. Cette vitesse de refroidissement plus rapide qu'un recuit permet d'obtenir une microstructure perlitique ou ferritique plus fine et plus homogène. Il en résulte une ténacité, une résistance et une tenue à l'usure accrues, ainsi qu'une fragilité réduite. Les pièces normalisées présentent une structure à grains fins et uniformes, ce qui améliore la constance des propriétés mécaniques et est particulièrement avantageux pour les composants soumis à des chocs et des contraintes.

La trempe consiste à refroidir rapidement un matériau, généralement de l'acier, après l'avoir chauffé au-dessus de sa température d'austénitisation, ce qui permet d'obtenir une structure martensitique dure. Le procédé implique l'immersion du matériau chauffé dans un milieu réfrigérant, comme de l'huile, de l'eau ou une solution polymère, afin de réduire rapidement sa température. Ce refroidissement rapide emprisonne les atomes de carbone dans le réseau cristallin, créant une structure sursaturée et très dure qui accroît considérablement la résistance et la durabilité. Cependant, la trempe induit des contraintes internes, rendant le matériau plus fragile ; un revenu est donc souvent nécessaire pour optimiser le compromis entre dureté et ductilité.

Le revenu est utilisé pour ajuster la dureté et réduire la fragilité d'un métal trempé, notamment les aciers martensitiques. Le métal trempé est réchauffé à une température inférieure à son point critique de transformation et maintenu à cette température pendant une durée précise, puis refroidi. Ce chauffage contrôlé permet une diffusion partielle des atomes de carbone, ce qui réduit les contraintes internes et affine la microstructure. Le revenu accroît la ténacité et améliore la résistance à la fissuration, tout en conservant une grande partie de la résistance acquise par la trempe, ce qui le rend adapté aux applications exigeant une haute résistance.

Les procédés de durcissement superficiel, tels que la cémentation, la nitruration et la trempe par induction, visent à accroître la dureté de la surface d'un matériau tout en préservant un cœur ductile et résistant. Lors de la cémentation et de la nitruration, la surface est enrichie en carbone ou en azote, qui pénètre la couche externe et forme une couche durcie sous l'effet d'une chaleur contrôlée. La trempe par induction, quant à elle, consiste à chauffer rapidement la surface par induction électromagnétique, puis à la refroidir brutalement. Le durcissement superficiel est idéal pour les pièces exigeant une résistance élevée à l'usure en surface, comme les engrenages et les arbres à cames, tout en conservant un cœur ductile pour absorber les chocs.

Le vieillissement, notamment des alliages à durcissement structural (par exemple, les alliages d'aluminium et de titane), consiste à chauffer l'alliage à une température élevée afin de permettre la précipitation contrôlée de phases secondaires. Cette séparation de phases crée des obstacles au sein de la structure granulaire, augmentant ainsi la dureté et la résistance par durcissement structural. Le processus de vieillissement peut être naturel (se produisant à température ambiante) ou artificiel (accéléré par chauffage). Il en résulte une amélioration significative des propriétés mécaniques, telles que la résistance à la traction et la stabilité, rendant les alliages vieillis particulièrement adaptés aux composants structuraux dans des applications exigeantes comme l'aérospatiale et l'automobile.