Värmebehandling av stål görs för att åstadkomma mikrostrukturella och förändringar i mekaniska egenskaper. T.ex. värmebehandlar man metallen för att ta bort inre spänningar som kan ha uppkommit vid tidigare behandling; t.ex. härdning, kallvalsning eller ojämn kylning. Det kan också göras för att förfina kornstruktur och storlek, ge ökad tänjbarhet, eller att underlätta vidare bearbetning som smide eller valsning. Den förbättrade mekaniska egenskaperna är att det ger metallen hårdhet, seghet och slitstyrka.
Allt stål är legeringar av järn och kol medan specifika egenskaper tillförs genom att andra legeringselement tillsätts. En huvudsaklig anledning till att tillsätta legeringsämnen är att förändra materialets respons på värmebehandling. Stålets termiska beteendet, och de mikrostrukturella förändringar som värmning och kylning ger, är grunden för all värmebehandling. Beskrivningen av hur austenit sönderfaller till cementite eller martensit med tid och temperatur finns för allt kommersiellt tillgängligt stål i så kallade Fe-C fasdiagram för jämvikt och TTT-kurvor.
Värmebehandlingsmetoderna kan delas upp i följande delar
- Mjukgörande behandling (t.ex. normalisering, glödgning). Används för att minska hårdheten, förfina kornstorleken och öka bearbetbarheten. Främst i syfte att göra vidare bearbetning lättare eller över huvud taget möjlig.
- Härdningsprocesser (t.ex. sätthärdning, härdning). Används för att öka hårdheten i yta eller bulk främst i syfte färdigställa stålet för slutanvändning.
- Termokemisk värmebehandling (t.ex. uppkolning). Används för att producera specifika ytegenskaper främst i sysfte att färdigställa stålet för slutanvändning.
Värmebehandling kan ges till gjutet material, formsmitt material och kallarbetat material som plåt och tråd och genomförs i en värmebehandlingsugn.