어닐링은 금속(주로 강철)을 재결정점 이상의 온도로 가열하는 공정으로, 이를 통해 내부 응력이 감소된 상태로 결정 구조가 재형성됩니다. 재료를 이 온도에서 일정 시간 유지하면 원자의 확산이 충분히 이루어져 더 부드럽고 연성이 뛰어난 상이 형성됩니다. 그런 다음, 응력 발생을 방지하기 위해 종종 용광로 내부에서 천천히 냉각합니다. 이러한 제어된 냉각 과정을 통해 결정립 구조가 미세해지고 경도가 최소화되며 연성이 향상되어 금속을 균열 없이 가공, 성형 또는 가공하기가 더 쉬워집니다.

노멀라이징 공정에서는 강철을 임계 변태 온도보다 약간 높은 온도로 가열하여 완전히 오스테나이트화한 다음, 공기 중에서 냉각시킵니다. 어닐링에 비해 냉각 속도가 빠르기 때문에 더욱 미세하고 균일한 펄라이트 또는 페라이트 미세구조가 생성됩니다. 결과적으로 인성, 강도 및 내마모성이 향상되고 취성이 감소합니다. 노멀라이징 처리된 부품은 균일하고 미세한 결정립 구조를 가지므로 기계적 특성의 일관성이 향상되며 충격 및 응력을 받는 부품에 적합합니다.

담금질은 재료(일반적으로 강철)를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열한 후 급속 냉각하여 단단한 마르텐사이트 구조를 형성하는 공정입니다. 이 공정은 가열된 재료를 오일, 물 또는 고분자 용액과 같은 냉각 매체에 담가 온도를 빠르게 낮추는 방식으로 진행됩니다. 급속 냉각으로 인해 탄소 원자가 격자 내에 포집되어 과포화된 고경도 구조가 형성되고, 이는 강도와 내마모성을 크게 향상시킵니다. 그러나 담금질 공정은 내부 응력을 발생시켜 재료를 더 취성하게 만들기 때문에 경도와 연성의 균형을 맞추기 위해 추가적인 템퍼링 공정이 필요한 경우가 많습니다.

템퍼링은 담금질된 금속, 특히 마르텐사이트강의 경도를 조절하고 취성을 줄이는 데 사용됩니다. 담금질된 금속을 임계 변태점 이하의 온도로 재가열하고 특정 시간 동안 유지한 다음 냉각합니다. 이러한 제어된 가열을 통해 탄소 원자가 부분적으로 확산되어 내부 응력이 완화되고 미세 구조가 개선됩니다. 템퍼링은 인성을 증가시키고 균열 저항성을 향상시키는 동시에 담금질을 통해 얻은 강도를 상당 부분 유지하므로 고강도 용도에 적합합니다.

침탄, 질화, 유도 경화와 같은 표면 경화 공정은 재료 표면의 경도를 높이는 동시에 내부 구조는 강하고 연성이 있도록 유지하도록 설계되었습니다. 침탄 및 질화 공정에서는 표면에 탄소 또는 질소를 첨가하여 외부 층을 침투시킨 후 제어된 열에 노출시켜 경화층을 형성합니다. 유도 경화는 전자기 유도를 이용하여 표면을 급속 가열한 후 급랭하는 방식입니다. 표면 경화는 기어나 캠축처럼 표면의 높은 내마모성이 요구되는 동시에 내부 구조는 충격을 흡수할 수 있는 연성이 필요한 부품에 적합합니다.

특히 석출경화성 합금(예: 알루미늄 및 티타늄 합금)에서 시효 처리는 합금을 고온으로 가열하여 이차상을 제어된 방식으로 석출시키는 과정입니다. 이러한 상 분리는 결정립 구조 내에 장애물을 생성하여 석출경화를 통해 경도와 강도를 증가시킵니다. 시효 처리는 자연 시효(상온에서 발생) 또는 인공 시효(가열을 통해 가속)로 진행될 수 있습니다. 시효 처리된 합금은 인장 강도 및 안정성과 같은 기계적 특성이 크게 향상되어 항공우주 및 자동차 제조와 같은 까다로운 응용 분야의 구조 부품에 매우 적합합니다.