Отжиг включает в себя нагрев металла, обычно стали, до температуры выше точки рекристаллизации, что позволяет восстановить его кристаллическую структуру с уменьшением внутренних напряжений. Материал выдерживается при этой температуре для обеспечения достаточной диффузии атомов, что способствует образованию более мягкой и пластичной фазы. Затем он медленно охлаждается — часто внутри печи — чтобы избежать возникновения напряжений. Это контролируемое охлаждение измельчает зерновую структуру, минимизирует твердость и повышает пластичность, облегчая механическую обработку, формовку и придание формы металлу без растрескивания.

В процессе нормализации сталь нагревают до температуры, немного превышающей диапазон критического превращения, для полной аустенитизации, а затем охлаждают на воздухе. Такая более высокая скорость охлаждения по сравнению с отжигом приводит к образованию более мелкозернистой и однородной перлитной или ферритной микроструктуры. В результате повышается ударная вязкость, прочность и износостойкость, а также снижается хрупкость. Нормализованные детали имеют однородную мелкозернистую структуру, что повышает стабильность механических свойств и полезно для компонентов, подверженных ударным нагрузкам и напряжениям.

Закалка — это быстрое охлаждение материала (обычно стали) после его нагрева выше температуры аустенитизации, в результате чего образуется твердая мартенситная структура. Процесс включает погружение нагретого материала в охлаждающую среду, такую как масло, вода или полимерные растворы, для быстрого снижения его температуры. Это быстрое охлаждение удерживает атомы углерода внутри кристаллической решетки, создавая пересыщенную структуру с высокой твердостью, которая значительно повышает прочность и износостойкость. Однако процесс закалки создает внутренние напряжения, делая материал более хрупким, поэтому для достижения баланса между твердостью и пластичностью часто требуется дополнительный отпуск.

Отпуск используется для регулирования твердости и снижения хрупкости закаленного металла, особенно мартенситных сталей. Закаленный металл повторно нагревают до температуры ниже критической точки превращения и выдерживают в течение определенного времени, после чего охлаждают. Этот контролируемый нагрев позволяет частично диффузионно распределять атомы углерода, снимая внутренние напряжения и измельчая микроструктуру. Отпуск повышает ударную вязкость и улучшает сопротивление растрескиванию, сохраняя при этом большую часть прочности, полученной в результате закалки, что делает его пригодным для применения в высокопрочных изделиях.

Процессы поверхностного упрочнения, такие как цементация, азотирование и индукционная закалка, предназначены для повышения твердости поверхности материала при сохранении прочного и пластичного сердечника. При цементации и азотировании поверхность обогащается углеродом или азотом, которые проникают во внешний слой и образуют упрочненный слой при воздействии контролируемого нагрева. Индукционная закалка, в свою очередь, включает в себя быстрый нагрев поверхности электромагнитной индукцией с последующим охлаждением. Поверхностное упрочнение идеально подходит для деталей, требующих высокой износостойкости поверхности — таких как шестерни и распределительные валы — и имеющих при этом пластичный сердечник для поглощения ударов.

Старение, особенно в сплавах, упрочняемых осаждением (например, алюминиевых и титановых сплавах), включает нагрев сплава до повышенной температуры для контролируемого осаждения вторичных фаз. Это фазовое разделение создает препятствия внутри зернистой структуры, повышая твердость и прочность за счет упрочнения осаждением. Процесс старения может быть естественным (происходящим при комнатной температуре) или искусственным (ускоренным нагревом). Результатом является значительное улучшение механических свойств, таких как прочность на растяжение и стабильность, что делает состаренные сплавы хорошо подходящими для конструкционных компонентов в сложных условиях эксплуатации, таких как аэрокосмическая и автомобильная промышленность.