Wyżarzanie to proces obróbki cieplnej, podczas którego kuta stal okrągła jest podgrzewana do określonej temperatury — zwykle poniżej jej temperatury krytycznej — a następnie powoli schładzana, zwykle w piecu. Głównym celem wyżarzania jest zmiękczenie stali, dzięki czemu będzie ona bardziej podatna na późniejszą obróbkę skrawaniem lub formowanie. Podczas wyżarzania następuje złagodzenie naprężeń wewnętrznych powstałych podczas kucia i udoskonalenie struktury ziaren stali. Proces ten skutkuje zmniejszoną twardością i zwiększoną ciągliwością, zwiększając zdolność stali do odkształcania plastycznego bez pękania. Dodatkowo wyżarzanie poprawia jednorodność mikrostruktury stali, co przyczynia się do bardziej przewidywalnych i spójnych parametrów w jej ostatecznym zastosowaniu.
Hartowanie to krytyczny proces obróbki cieplnej, który obejmuje ogrzewanie kutej stali okrągłej do wysokiej temperatury, zwykle powyżej jej temperatury krytycznej, a następnie szybkie chłodzenie jej w ośrodku hartującym, takim jak woda, olej lub roztwory polimerów. Szybkie chłodzenie przekształca mikrostrukturę stali, zwykle w martenzyt, twardą i kruchą fazę charakteryzującą się strukturą przypominającą igłę. Przekształcenie to znacznie zwiększa twardość i wytrzymałość stali na rozciąganie. Jednakże hartowanie wprowadza również znaczne naprężenia wewnętrzne ze względu na różne szybkości chłodzenia stali, co może prowadzić do wypaczeń lub pęknięć, jeśli nie jest odpowiednio zarządzane. Wybór środka hartującego i szybkość chłodzenia są kluczowymi czynnikami w osiągnięciu pożądanej równowagi pomiędzy twardością i wytrzymałością.
Odpuszczanie przeprowadza się po hartowaniu, aby złagodzić kruchość wywołaną przemianą martenzytyczną. W tym procesie hartowaną stal ponownie podgrzewa się do temperatury poniżej jej temperatury krytycznej i utrzymuje w tej temperaturze przez określony czas, a następnie schładza do temperatury pokojowej. Temperatura i czas odpuszczania są dokładnie kontrolowane, aby osiągnąć pożądane właściwości mechaniczne. Odpuszczanie nieznacznie zmniejsza twardość stali, jednocześnie znacznie poprawiając jej wytrzymałość, dzięki czemu stal jest mniej podatna na pękanie pod wpływem uderzenia lub naprężenia. Proces ten łagodzi również część naprężeń wewnętrznych powstających podczas hartowania, stabilizując w ten sposób mikrostrukturę stali i poprawiając jej stabilność wymiarową.
Normalizowanie polega na podgrzaniu kutej okrągłej stali do temperatury nieco wyższej od jej temperatury krytycznej (zwykle od 850°C do 950°C), a następnie pozostawieniu jej do ochłodzenia na powietrzu. Proces ten ma na celu udoskonalenie struktury ziaren stali, zwiększenie jej jednorodności i poprawę właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość i udarność. W przeciwieństwie do hartowania, normalizowanie nie powoduje ekstremalnej twardości, ale zapewnia bardziej jednolitą i zrównoważoną mikrostrukturę, dzięki czemu nadaje się do zastosowań, w których wymagane jest połączenie wytrzymałości i plastyczności.
W zastosowaniach wymagających twardej, odpornej na zużycie powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu ciągliwego rdzenia stosuje się techniki utwardzania dyfuzyjnego, takie jak nawęglanie, azotowanie lub węgloazotowanie. Procesy te obejmują dyfuzję węgla lub azotu do warstwy powierzchniowej kutej stali okrągłej w celu zwiększenia twardości powierzchni. Na przykład nawęglanie polega na ogrzewaniu stali w środowisku bogatym w węgiel, podczas gdy azotowanie wprowadza azot. Hartowanie powierzchniowe zwiększa odporność na zużycie i wytrzymałość zmęczeniową, podczas gdy rdzeń pozostaje stosunkowo bardziej miękki i plastyczny, zapewniając dobrą kombinację właściwości użytkowych.
