Làm cứng và tôi luyện thép được thực hiện thông qua quá trình gia nhiệt, làm nguội và làm nóng lại thép. Mục đích là để tăng độ cứng và độ bền của thép.
Thép có chứa cacbon, và lượng cacbon quyết định xem nó có thể cứng được hay không. Thép có nồng độ cacbon thấp không thể cứng vì không có đủ cacbon để thay đổi cấu trúc tinh thể. Tuy nhiên, thép cacbon cao có thể được làm cứng và tôi luyện.
Để làm cứng thép, kim loại được nung ở nhiệt độ rất cao. Sau khi nung nóng thép cao hơn nhiệt độ tới hạn của nó, kim loại được làm nguội nhanh thông qua một quá trình được gọi là tôi. Điều này bao gồm việc nhúng kim loại đã được nung nóng vào nước, dầu hoặc bất kỳ chất lỏng nào khác để hạ nhiệt độ của nó một cách nhanh chóng.
Vì thép có chứa cacbon cùng với các kim loại khác, nên việc đốt nóng hợp kim trên nhiệt độ tới hạn của nó làm cho cacbon và kim loại đi vào dung dịch rắn cùng nhau. Khi dung dịch rắn này được làm nguội nhanh chóng thông qua quá trình dập tắt, dung dịch "đông đặc" và bảo tồn cấu trúc vi mô thu được trong quá trình gia nhiệt, do đó làm cho thép cứng hơn. Điều này cũng làm cho thép trở nên giòn hơn, đó là lý do tại sao nó phải được tôi luyện để duy trì độ bền của hợp kim.
Tôi luyện là quá trình làm nóng lại thép đến nhiệt độ tương đối thấp hơn so với nhiệt độ được sử dụng để làm cứng. Việc gia nhiệt cho phép kết tủa cacbon trong thép. Tùy thuộc vào độ bền mong muốn trong sản phẩm cuối cùng, nhiệt độ và thời gian tôi luyện thép có thể được kiểm soát.
