Ủ là một quá trình xử lý nhiệt trong đó thép tròn rèn được nung đến nhiệt độ xác định - thường dưới nhiệt độ tới hạn - và sau đó được làm nguội từ từ, thường là trong lò nung. Mục đích chính của quá trình ủ là làm mềm thép, giúp nó dễ gia công hơn cho các hoạt động gia công hoặc tạo hình tiếp theo. Trong quá trình ủ, các ứng suất bên trong gây ra trong quá trình rèn được giảm bớt và cấu trúc hạt của thép được tinh chế. Quá trình này làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo, tăng cường khả năng chịu biến dạng dẻo của thép mà không bị gãy. Ngoài ra, quá trình ủ giúp cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc vi mô của thép, góp phần mang lại hiệu suất ổn định và dễ dự đoán hơn trong ứng dụng cuối cùng.
Làm nguội là một quá trình xử lý nhiệt quan trọng bao gồm nung nóng thép tròn rèn đến nhiệt độ cao, thường cao hơn nhiệt độ tới hạn của nó, sau đó làm nguội nhanh trong môi trường làm nguội như nước, dầu hoặc dung dịch polymer. Quá trình làm nguội nhanh làm biến đổi cấu trúc vi mô của thép, thường thành martensite, một pha cứng và giòn đặc trưng bởi cấu trúc giống như kim. Sự biến đổi này làm tăng đáng kể độ cứng và độ bền kéo của thép. Tuy nhiên, quá trình làm nguội cũng gây ra ứng suất bên trong đáng kể do tốc độ làm nguội chênh lệch trong thép, có thể dẫn đến cong vênh hoặc nứt nếu không được quản lý đúng cách. Việc lựa chọn môi trường làm nguội và tốc độ làm nguội là những yếu tố quan trọng để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ cứng và độ dẻo dai.
Quá trình ủ được thực hiện sau khi làm nguội để giảm thiểu độ giòn gây ra bởi quá trình biến đổi martensitic. Trong quá trình này, thép tôi được nung lại đến nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn và giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian cụ thể trước khi làm nguội đến nhiệt độ phòng. Nhiệt độ và thời gian ủ được kiểm soát cẩn thận để đạt được các tính chất cơ học mong muốn. Quá trình ủ làm giảm độ cứng của thép một chút trong khi cải thiện đáng kể độ dẻo dai của nó, làm cho thép ít bị nứt hơn khi va đập hoặc căng thẳng. Quá trình này cũng làm giảm một số ứng suất bên trong gây ra trong quá trình làm nguội, từ đó ổn định cấu trúc vi mô của thép và cải thiện độ ổn định kích thước của nó.
Bình thường hóa bao gồm việc nung nóng thép tròn rèn đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của nó một chút (thường là 850°C đến 950°C) và sau đó để nguội trong không khí. Quá trình này nhằm mục đích tinh chỉnh cấu trúc hạt của thép, tăng cường tính đồng nhất và cải thiện các tính chất cơ học như độ bền và độ dẻo dai. Không giống như quá trình làm nguội, quá trình chuẩn hóa không tạo ra độ cứng cực cao nhưng cung cấp cấu trúc vi mô cân bằng và đồng đều hơn, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng cần sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo.
Đối với các ứng dụng yêu cầu bề mặt cứng, chống mài mòn trong khi vẫn duy trì được lõi cứng, các kỹ thuật làm cứng vỏ như thấm cacbon, thấm nitơ hoặc thấm cacbon được sử dụng. Các quá trình này liên quan đến việc khuếch tán carbon hoặc nitơ vào lớp bề mặt của thép tròn rèn để tăng độ cứng bề mặt. Ví dụ, quá trình cacbon hóa bao gồm việc nung nóng thép trong môi trường giàu carbon, trong khi quá trình thấm nitơ đưa vào nitơ. Việc làm cứng bề mặt giúp tăng cường khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi, trong khi lõi vẫn tương đối mềm hơn và dẻo hơn, mang lại sự kết hợp tốt giữa các đặc tính hiệu suất.
