شدت سرد کنندگی محیط در سختی پذیری (Severity of Qunch and Hardenability) را توسط پارامتر انتقال حرارت معادل که مشخص کننده شدت یا قدرت سردکنندگی محیط است و توسط حرف H نشان داده می‌ شود معین می‌ کنند. مقدار H را می‌ توان از معادله زیر به دست آورد:

که در این معادله F پارامتر انتقال حرارت با واحد Btu/in.sec.°F و K هدایت حرارتی فولاد با واحد Btu/in.sec.°F است. در عمل برای مشخص کردن شدت سردکنندگی محیط‌ های مختلف و همچنین مقایسه و بررسی اثرات آن ها، شدت سرد کنندگی آب را تحت شرایط مشخص و ثابتی برابر یک فرض کرده و شدت سردکنندگی محیط‌ های دیگر را نسبت به آن می‌ سنجند. جدول‌ های زیر بعضی از این اعداد را برای محیط‌ های مختلف تحت شرایط متفاوت نشان می‌ دهند. به طور کلی با افزایش مقدار H شدت سردکنندگی محیط نیز افزایش می‌ یابد. جدول اثر تلاطم بر روی شدت سردکنندگی نشان می‌ دهد که برای یک محیط مشخص با افزایش تلاطم، مقدار H و در نتیجه شدت سردکنندگی محیط افزایش می‌ یابد. بیشترین شدت سردکنندگی ممکن، مربوط به H=∞ می‌ شود. محیطی دارای شدت سرد کنندگی بی‌ نهایت است که به محض قرار گرفتن نمونه در آن دمای سطح فولاد به دمای محیط سردکننده رسیده و در ضمن سرد شدن نیز در آن دما باقی بماند. به چنین محیطی با شرایط فوق یک محیط ایده‌آل گفته می‌ شود.
شدت سردکنندگی (H) برای محیط‌های مختلف
نوع محیط آهنگ سرد شدن از 717 تا 550 درجه سانتیگراد (1328 تا 1022 درجه فارنهایت) نسبت به آب 18 درجه سانتیگراد (65 درجه فارنهایت) نوع محیط آهنگ سرد شدن از 717 تا 550 درجه سانتیگراد (1328 تا 1022 درجه فارنهایت) نسبت به آب 18 درجه سانتیگراد (65 درجه فارنهایت)
محلول آبی 10 درصد Licl 2.07 روغن 20204 0.2
محلول آبی 10 درصد NaOH 2.06 آب در 122 درجه فارنهایت 0.17
محلول آبی 10 درصد NaCl 1.96 روغن 25441 0.16
محلول آبی 10 درصد 1.38 روغن 14530 0.14
محلول آبی 10 درصد 1.22 آب حاوی 10 درصد روغن 0.11
آب در 22 درجه فارنهایت 1.06 صفحات مسی
0.10
آب در 65 درجه فارنهایت 1.00 آب صابون 0.077
محلول آبی 10 درصد 0.99 صفحات آهنی
0.061
جیوه 0.78 تتراکلرید کربن 0.055
در 356 درجه فارنهایت 0.77 هیدروژن 0.050
آب در 77 درجه فارنهایت 0.72 آب در 166 درجه فارنهایت 0.047
روغن نباتی 0.3 آب در 212 درجه فارنهایت 0.044
روغن P2O 0.33 هوای مایع 0.039
روغن 12455 0.22 هوا 0.028
گلیسیرین 0.2 خلاء 0.011
شدت‌ های سردکنندگی (H) در این جدول به کمک سریع سرد کردن یک گلوله از جنس نیکل - کرم (Nichrome) به قطر 4 میلیمتر به دست آمده‌ اند. گلوله مزبور هنگامی که از 860 درجه سانتیگراد (1580 درجه ی فارنهایت) در آب 18 درجه ی سانتیگراد (65 درجه فارنهایت) سرد شود در گستره دمایی 717 تا 550 درجه سانتیگراد (1328 تا 1022 درجه ی فارنهایت) با آهنگی معادل 1810 درجه سانتیگراد (3260 درجه فارنهایت) برثانیه سرد می‌ شود. این آهنگ سرد شدن را به عنوان واحد (00/1) اختیار کرده و شدت سرد کنندگی محیط‌ های دیگر را نسبت به آن می‌ سنجند.

اثر تلاطم بر روی شدت سردکنندگی (H) برای چند محیط مختلف
شرایط محیط نوع محیط
هوا روغن آب آب نمک
هیچ گونه حرکت نسبی بین قطعه و محیط وجود نداشته باشد 0.02 0.25-0.3 0.9-1 2
حرکت نسبی آرام بین قطعه و محیط وجود داشته باشد - 0.3-0.35 1-1.1 2-2.2
حرکت نسبی متوسط بین قطعه و محیط وجود داشته باشد - 0.35-0.4 1.2-1.3 -
تلاطم خوب در محیط - 0.4-0.5 1.4-1.5 -
تلاطم زیاد 0.05 0.5-0.8 1.6-2 -
تلاطم بسیار زیاد - 0.8-1.1 4 5

سختی پذیری (Hardenability) برای توضیح سهولت تشکیل مارتنزیت و هم چنین ارتباط بین ابعاد قطعه، آهنگ سرد شدن و ترکیب شیمیایی فولادها به کار می رود. در صورتی که آهنگ سرد شدن یک فولاد از ناحیه آستنیت بیشتر از آهنگ سرد شدن بحرانی باشد، سختی حاصل عمدتا بستگی به درصد کربن فولاد دارد. آهنگ سرد شدن بحرانی (Critical Cooling Rate) یا CCR حداقل سرعت سرد شدن است که از تشکیل پرلیت و بینیت جلوگیری می کند. اگر آهنگ سرد شدن کمتر از آهنگ سرد شدن بحرانی باشد، درصد مارتنزیت حاصل کاهش یافته و بنابراین سختی فولاد نیز کاهش می‌یابد. در اینجا منظور از کربن فولاد، مقدار کربنی است که در آستنیت به صورت محلول جامد باشد. به بیان دیگر، آن مقدار کربنی که پس از آستنیته شدن فولاد به صورت کاربید باقی می ماند، در دگرگونی تشکیل مارتنزیت شرکت نداشته و بنابراین اثری بر روی سختی مارتنزیت ندارد. ارتباط بین سختی، درصد کربن و درصد مارتنزیت در شکل زیر نشان داده شده است.

سختی پذیری عبارت از توانایی یا قابلیت تشکیل مارتنزیت (و سخت شدن فولاد) در اثر سریع سرد شدن از ناحیه آستنیت است. سختی پذیری توسط ضخامت پوسته سخت شده مشخص می‌ شود. ضخامت پوسته سخت شده عبارت است از فاصله سطح تا محلی در داخل نمونه که دارای 50 درصد مارتنزیت باشد. 50 درصد بقیه ساختار را معمولا بینیت در نظر می‌ گیرند. بنابراین هر چه سختی پذیری یک فولاد بیشتر باشد ضخامت پوسته سخت شده و یا به عبارت دیگر ضخامت پوسته‌ای که در اثر سریع سرد شدن بیشتر از 50 درصد ساختار آن مارتنزیت شود بیشتر خواهد بود.
توزیع سختی در یک قطعه
برای مطالعه تغییرات سختی و پارامتر های مؤثر بر آن در یک قطعه سریع سرد شده نتایج حاصل از آزمایش‌ هایی در این رابطه بررسی می‌شود. در شکل های زیر تغییرات سختی از سطح به مرکز برای یک سری میله‌ های فولادی به قطر های مختلف و از جنس فولاد کربنی ساده1045 SAE با ترکیب شیمیایی زیر:
0.48%C , 0.6% Mn , 0.022% P , 0.014% S , 0.17% Si
که به ترتیب در آب و روغن سریع سرد شده باشند نشان داده شده است.

الف) توزیع سختی در میله‌ هایی با قطر های متفاوت و از جنس فولاد 1045 SAE که در آب سریع سرد شده اند ب) توزیع سختی در میله‌ هایی با قطر های متفاوت و از جنس فولاد 1045 SAE که در روغن سریع سرد شده اند
در حقیقت این دو شکل اثرات قطر یا ضخامت قطعه و شدت سردکنندگی محیط بر روی توزیع سختی در فولادهای کربنی ساده را نشان می‌ دهند. ملاحظه می‌ شود که بدون توجه به محیط سرد کننده حداکثر سختی در هر نمونه مربوط به سطح آن می‌ شود. به بیان دیگر در تمامی نمونه‌ ها سختی از سطح به طرف مرکز کاهش می‌ یابد. دلیل اینکه چرا سطح یک فولاد سریع سرد شده سخت تر از مرکز آن است را می‌ توان به کمک نمودار CCT توضیح داد. شکل زیر منحنی‌ های سرد شدن سطح و مرکز میله‌ ای به قطر 25 میلیمتر که در روغن سریع سرد شده است را نشان می‌ دهد. از آنجایی که آهنگ سرد شدن سطح به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از آهنگ سرد شدن مرکز است، منحنی سرد شدن سطح نمونه از سمت چپ منحنی سرد شدن بحرانی گذشته و در نتیجه در سطح فقط مارتنزیت تشکیل می‌ شود. از طرف دیگر در مرکز نمونه که آهنگ سرد شدن کمتر است (منحنی سرد شدن آن سمت راست منحنی سرد شدن بحرانی قرار گرفته) علاوه بر مارتنزیت، مقداری بینیت نیز تشکیل شده که در نتیجه، سختی کاهش می‌ یابد.

از شکل های الف و ب مشخص است که با افزایش قطر یا ضخامت، سختی تمام نقاط از جمله سطح و مرکز نمونه‌ ها کاهش می‌ یابد. در حقیقت با افزایش ابعاد قطعه، آهنگ سرد شدن کاهش می‌ یابد و در نتیجه در مرکز آن پرلیت و فریت تشکیل شده که منجر به کاهش بیشتر سختی مرکز می‌ شود. از آنجایی که با افزایش ابعاد، منحنی سرد شدن سطح نیز به سمت راست منتقل می‌ شود سختی سطح نیز کاهش می‌ یابد.
پارامتر های دیگری که بر روی توزیع سختی در یک نمونه فولادی اثر دارد و از شکل های الف و ب نیز مشخص است، شدت سردکنندگی محیط است. از آنجایی که روغن نسبت به آب، محیط سرد کننده ملایم‌ تری است، آهنگ سرد شدن میله‌ های مختلف در روغن به مراتب کمتر از آهنگ سرد شدن میله‌ های مشابه در آب است. بنابراین، سختی نقاط مختلف نمونه‌ هایی که در روغن سریع سرد می شوند، همواره کمتر از سختی نقاط مشابه در نمونه های مشابهی است که در آب سریع سرد شده باشند. حتی سختی سطح نمونه‌ای به قطر 12.7 میلیمتر (0.5 اینچ) که در روغن سریع سرد شده باشد از سختی مورد انتظار از یک ساختار کاملا مارتنزیتی با 0.48 درصد کربن کمتر است. بنابراین به نظر می‌ رسد که با سریع سرد کردن نمونه‌ های فولادی SAE 1045 در روغن امکان متوقف کردن دگرگونی نفوذی (تشکیل پرلیت و بینیت) وجود ندارد.

ج) توزیع سختی در میله‌ های فولادی 6140 SAE با قطر های مختلف که در آب سریع سرد شده باشند د) توزیع سختی در میله‌ های فولادی 6140 SAE با قطر های مختلف که در روغن سریع سرد شده باشند
از جمله پارامتر های دیگر که بر روی توزیع سختی در قطعات فولادی مؤثر است، عناصر آلیاژی و مقدار کمی آنها در فولادهاست. به طور کلی، عناصر آلیاژی به جز کبالت اگر به صورت محلول در آستنیت باشند سختی نقاط مختلف نمونه سریع سرد شده را افزایش می‌ دهند. در رابطه با کبالت گفته می‌ شود که این عنصر انرژی فصل مشترک بین فریت - سمنتیت را کاهش داده و در نتیجه نیروی محرکه لازم برای تشکیل پرلیت از آستنیت را کاهش می‌ دهد. شکل‌ های فوق توزیع سختی در نمونه‌ های استوانه‌ای فولاد آلیاژی 6140 SAE با ترکیب شیمیایی
0.42%C , 0.023% S , 0.027% P , 0.73% Mn , 0.17%V , 0.94% Cr
که به ترتیب در آب و روغن سریع سرد شده باشند را نشان می‌ دهند. از مقایسه شکل‌ های ج و د شده با شکل های الف و ب نتیجه می‌ شود که سختی نقاط مختلف نمونه‌ های فولاد آلیاژی 6140 SAE همواره بیشتر از سختی نقاط مشابه نمونه‌ هایی از فولاد کربنی ساده 1045 SAE که در شرایط یکسان سریع سرد شده باشند. نقش عناصر آلیاژی به تأخیر انداختن نفوذ و در نتیجه افزایش مدت زمان لازم برای تجزیه آستنیت به مخلوط فریت و سمنتیت و بنابراین فراهم کردن امکان تشکیل مارتنزیت در آهنگ‌های سرد شدن کمتر است. در واقع حضور این عناصر نمودار TTT را به سمت راست جابه‌جا می‌ کند.
عوامل موثر بر سختی پذیری
برای بررسی عوامل موثر بر سختی پذیری (Hardenability Parameters) باید به عوامل موثر بر دگرگونی پرلیت توجه داشت. در صورتی سختی پذیری یک فولاد زیاد است که حتی در آهنگ‌ های سرد شدن نسبتا آهسته نیز دگرگونی نفوذی تشکیل پرلیت انجام نشده و آستنیت به مارتنزیت تبدیل شود. برعکس در فولاد هایی که سختی پذیری آن ها کم است، تشکیل مارتنزیت مستلزم سرد شدن سریع است. در هر دو حالت، پارامتر محدود کننده، آهنگ تشکیل پرلیت در دماهای بالاست. به طور کلی هر عاملی که خطوط تشکیل پرلیت در نمودار CCT را به سمت راست منتقل کند امکان تشکیل مارتنزیت در آهنگ‌های سرد شدن کمتر را فراهم می‌کند. بنابراین، انتقال دماغه نمودار CCT به سمت راست همراه با افزایش سختی پذیری است. به بیان دیگر می‌توان گفت، هر عاملی که باعث کاهش آهنگ جوانه‌ زنی و رشد پرلیت شود (زمان لازم برای جوانه زنی و رشد پرلیت را افزایش دهد) سختی پذیری را در فولادها افزایش می‌ دهد. این عوامل عبارت‌اند از:
1- اندازه دانه های آستنیت
2- درصد کربن
3- عناصر آلیاژی
4- آخال - ناخالصی های غیر فلزی
5- همگن بودن ریز ساختار
اثر اندازه دانه های آستنیت بر سختی پذیری
اثر اندازه دانه‌ ها بر روی سختی پذیری باتوجه به جوانه زنی ناهمگن پرلیت از مرز دانه‌ های آستنیت توضیح داده می‌ شود. در حالی که آهنگ رشد پرلیت مستقل از اندازه دانه‌ های آستنیت است، تعداد جوانه‌هایی که در واحد زمان (ثانیه) تشکیل می‌شود مستقیما با محل‌های مناسب برای تشکیل آنها (مرز دانه‌ها) متناسب است. از آنجایی که با ریز شدن دانه‌ها کل سطوح مربوط به مرز دانه‌ها افزایش می‌یابد، در یک فولاد با دانه‌ های ریز تشکیل پرلیت به مراتب سریع‌ تر از یک فولاد با دانه‌ های درشت است. در نتیجه سختی پذیری فولاد با دانه‌های ریز کمتر از سختی پذیری فولاد با دانه‌های درشت خواهد بود. لیکن، استفاده از فولاد با دانه‌ های درشت به منظور افزایش سختی پذیری عملا کاربرد صنعتی ندارد، زیرا افزایش سختی پذیری از این روش با تغییرات ناخواسته و زیان آور در خواص فولاد نظیر افزایش تردی و کاهش انعطاف پذیری همراه است. از جمله معایب دیگر که بیشتر در فولادهای دانه درشت به وجود می‌آید عبارت است از: ترک‌های ناشی از سریع سرد کردن یا ترک‌ های ناشی از شوک‌ های حرارتی که در اثر تنش‌ های حاصل از عملیات حرارتی به وجود می‌ آیند.
اثر درصد کربن بر سختی پذیری
سختی پذیری یک فولاد شدیدا تحت تأثیر درصد کربن آن تغییر می‌ کند. بدین صورت که اگر کربن به صورت محلول در آستنیت باشد، افزایش آن باعث افزایش سختی پذیری می‌شود. دلیل این امر را می‌ توان در این حقیقت جستجو کرد که با افزایش درصد کربن تشکیل پرلیت و فاز پرویوتکتویید مشکل‌ تر شده و در نتیجه نمودار CCT به سمت راست جابه‌جا می‌ شود. این موضوع نه تنها برای فولاد های هیپویوتکتویید، بلکه برای فولاد های هایپریوتکتویید که قبل از سریع سرد شدن کاملاً آستنیته شده باشند نیز صادق است. برای سخت کردن فولادهای هایپریوتکتویید، آن ها را در ناحیه دوفازی آستنیت - سمنتیت آستنیته می‌ کنند. در این حالت، درصد کمی از کربن در آستنیت حل نشده و به صورت سمنتیت پایدار باقی می‌ ماند. در ضمن سرد کردن ذرات سمنتیت حل نشده باعث افزایش جوانه زنی پرلیت و در نتیجه کاهش سختی ناپذیری می‌ شوند.
اثر عناصر آلیاژی بر سختی پذیری
عناصر آلیاژی به جز کبالت تا حدی که در آستنیت کاملا حل شده باشند سختی پذیری را افزایش می‌دهند.
مشخص شده است که عناصری که میل ترکیبی آن ها با کربن بیشتر از تمایل آن ها به حل شدن در فریت باشد در صورتی بیشترین اثر را بر روی سختی پذیری دارند که قبل از سریع سرد شدن فولاد، در آستنیت کاملا حل شده باشند. یک عنصر کاربید ساز که در آستنیت حل نشده باشد به صورت ذرات کاربید در ساختار ظاهر می‌شود و مانع از رشد دانه‌های آستنیت شده و در نتیجه سختی پذیری را کاهش خواهد داد. کاربید های حل نشده، درصد کربن و عناصر آلیاژی محلول در آستنیت را نیز کاهش می‌ دهند. از این رو، برخی مواقع سریع سرد کردن فولاد از دمای بالاتر باعث افزایش عمق سختی فولاد می‌ شود. در حقیقت افزایش دمای آستنیته کردن باعث انحلال کاربیدها و همچنین افزایش اندازه دانه‌ های آستنیت می‌ شود. در شکل زیر توزیع سختی در نمونه‌ های استوانه‌ ای به قطر یک اینچ از دو نوع فولاد، یکی کربنی ساده با 0.9 درصد کربن و دیگری آلیاژی با 0.9 درصد کربن و 0.27 درصد وانادیم که از دما های مختلف سریع سرد شده اند، نشان داده شده است. به طوری که ملاحظه می‌ شود اگر هر دو فولاد از یک دمای ثابت (975 درجه سانتیگراد یا 1800 درجه فارنهایت) سریع سرد شوند سختی پذیری فولاد کربنی ساده همواره بیشتر از فولاد وانادیم دار خواهد بود. دلیل این امر را می‌ توان این گونه تشریح کرد که، رشد دانه‌ های آستنیت در فولاد وانادیم دار مستلزم انحلال کاربید های وانادیم بوده و بنابراین رشد دانه‌ ها در این فولاد به مراتب کندتر از فولاد کربنی ساده است، مگر در دماهای بالا که کاربیدهای وانادیم در آستنیت حل شوند. از طرفی عدم انحلال رسوبات کاربید باعث کاهش درصد کربن و وانادیم فولاد شده که منجر به کاهش بیشتر سختی پذیری فولاد وانادیم دار می‌ شود.

توزیع سختی در میله‌هایی از جنس فولاد کربنی ساده (سمت چپ) و فولاد وانادیم دار (سمت راست) به قطر یک اینچ برحسب دمای آستنیته کردن و عدد اندازه دانه

از مطالعه شکل فوق مشخص است که سختی پذیری فولاد کربنی ساده با اندازه ی دانه 4-5 ASTM تقریبا با سختی پذیری فولاد وانادیم دار با اندازه دانه 7-8 ASTM برابر است. دمای آستنیته کردن 900 درجه سانتیگراد (1650 درجه ی فارنهایت) مربوط به فولاد وانادیم دار بر دمای شروع انحلال کاربیدهای وانادیم در آستنیت منطبق است. در حقیقت اولین اثر قابل توجه انحلال کاربید وانادیم در آستنیت افزایش سختی پذیری فولاد مزبور است. میزان افزایش سختی پذیری در این حالت با اثر 3 عدد اندازه دانه (یعنی از 7 یا 8 به 4 یا 5) معادل است. در دماهای بالاتر نظیر 975 درجه سانتیگراد (1800 درجه فارنهایت) که درصد بیشتری از وانادیم در آستنیت حل می‌ شود، اندازه دانه‌ ها در فولاد وانادیم دار به 4 تا 5 رسیده، درصد کربن و وانادیم فولاد افزایش یافته و سختی پذیری آن حتی از فولاد کربنی ساده با عدد اندازه دانه 1-2 نیز بیشتر می‌ شود. با افزایش بیشتر دمای آستنیته کردن، کاربیدهای بیشتری در فولاد حل می‌ شود، در نتیجه اندازه دانه‌ های فولاد وانادیم دار به سمت اندازه دانه‌ های فولاد کربنی ساده میل کرده و حتی از آن هم بیشتر خواهد شد و بنابراین باعث سختی پذیری فوق العاده زیاد فولاد می‌ شود، به نحوی که برای نشان دادن آن نیاز به میله‌ هایی با قطر بیشتر از یک اینچ خواهد بود.
اثر آخال بر سختی پذیری
آخال یا ناخالصی‌ های غیر فلزی به صورت ذرات بسیار ریز در ریزساختار فولاد توزیع شده و از رشد دانه‌ های آستنیت جلوگیری می‌ کنند. علاوه بر آن، این ذرات به عنوان محل‌ های تشکیل پرلیت عمل می‌ کنند و بنابراین جوانه زنی پرلیت از آستنیت را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌ دهند. به این ترتیب، آخال ها سختی پذیری را کاهش خواهند داد. موارد زیادی وجود دارد که دانه‌ های یک فولاد با آستنیته شدن در دمای بالا درشت شده در حالی که سختی پذیری آن چندان بهبود نمی‌ یابد. این پدیده می‌ تواند ناشی از وجود آخال زیادی باشد که در ریزساختار فولاد همچنان باقی مانده و باعث سهولت جوانه زنی و تشکیل پرلیت می‌ شود.
اثر همگن بودن ریز ساختار بر سختی پذیری
در حالی که کاربید آهن به راحتی در فاز آستنیت حل می‌شود، بعضی از کاربید های آلیاژی نظیر کاربید هایی که توسط کرم، مولیبدن و عناصر مشابه دیگر تشکیل می‌ شوند نرخ انحلال کمتری دارند. بنابراین، برای اینکه انحلال کاربید های فوق در آستنیت به طور کامل انجام شود، گاهی نیاز است که فولاد در دمایی بالاتر و یا برای زمانی طولانی‌تر از فولاد کربنی ساده آستنیته شود. در مواردی که فولاد قبل از انحلال کامل کاربیدها و توزیع یکنواخت آنها در آستنیت سریع سرد شود، نواحی مختلف آستنیت از نظر ترکیب شیمیایی همگن نخواهد بود. تحت چنین شرایطی سختی پذیری نقاطی که از نظر درصد کربن و عنصر آلیاژی فقیرند کم خواهد بود. از سوی دیگر نواحی پرکربن که از نظر درصد عنصر آلیاژی نیز غنی هستند از سختی پذیری خوبی برخوردار خواهند بود. بنابراین، به طور کلی ناهمگن بودن آستنیت از نظر ترکیب شیمیایی باعث کاهش سختی پذیری فولاد می‌ شود. این عیب را می‌ توان با افزایش دما و یا زمان آستنیته کردن و در نتیجه انحلال بیشتر و یکنواخت‌ تر کاربیدها در آستنیت برطرف کرد.

سخت کاری یا سخت کردن سطحی (Surface or Case Hardening) نوعی عملیات حرارتی که در آن با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده در حالی که ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند و در نهایت قطعه ای حاصل می شود که سختی سطحی مطلوب در کنار چقرمه بودن دارد.
بسیاری از قطعات فولادی را می توان به نحوی عملیات حرارتی کرد که نهایتا در عین حال که از مقاومت به سایش خوبی برخوردار باشند دارای استحکام دینامیکی خوبی نیز باشند. این نوع عملیات حرارتی که اصطلاحا به سخت کردن سطحی موسوم است، آخرین عملیاتی بوده که باید در مرحله پایانی ساخت قطعه و پس از انجام تمام مراحل مربوط به شکل دادن نظیر ماشین کاری و غیره انجام گیرد.
علت انجام سخت کاری سطحی
در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از چقرمگی یا تافنس ضربه ای خوبی برخوردار باشند. از جمله این موارد، قطعاتی نظیر میل لنگ، میل بادامک و چرخدنده ها بوده که باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته باشند و در عین حال چقرمه و مقاوم در برابر ضربات وارد حین کار باشند.

انواع روش های سخت کاری سطحی
روش های مختلف عملیات حرارتی که به کمک آن می توان سطح قطعات را سخت کرد، عمدتا به دو دسته تقسیم می شوند:
1- عملیات هایی که منجر به تغییر ترکیب شیمیایی سطح فولاد شود و به عملیات حرارتی – شیمیایی معروف است، مانند؛
• کربوره کردن (کربن دهی) - Carburizing
• نیتریده کردن (نیتروژن دهی) - Nitriding
• کربو نیتریده کردن - Carbonitriding
• نیترو کربوره کردن - Nitrocarburazing
که کربن دهی پر کاربردترین آن ها می باشد.
2- روش هایی که بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح و فقط به کمک عملیات حرارتی که در لایه سطحی متمرکز شده و باعث سخت شدن سطح می شوند و به عملیات حرارتی موضعی موسومند، نظیر؛
• سخت کردن شعله ای
• سخت کردن القایی

تنش گیری (Stress Relieving) مشابه عملیات تمپر کردن (برگشت) بوده که درآن نیز آلیاژ آهنی تا پایین تر از دمای استحاله یوتکتوئیدی گرم شده و پس از طی زمان مورد نظر، به آرامی تا دمای محیط سرد می شود. برای فلزات غیر آهنی دمای عملیات تنش گیری، با توجه به ترکیب و مقدار کارسرد ممکن است از دمای محیط تا چند صد درجه سانتی گراد تغییر کند.
هدف اصلی عملیات تنش گیری، آزاد شدن تنش های ناشی از از فرایندهای شکل دهی مانند نورد، ماشین کاری و یا جوشکاری می باشد. در این فرایند، آلیاژ را تا دمای از پیش تعیین شده گرم کرده و به مدت کافی در آن دما نگهداری کرده تا تنش های باقی مانده به حد قابل قبول رسیده و سپس به آرامی آن را سرد کرد تا تنشی در آن باقی نماند.
علت انجام عملیات تنش گیری (تنش زدایی)
برخی از فرایندهای عملیات حرارتی و یا پروسه های تولید موجب ایجاد تنش های داخلی در قطعه شده که می تواند مخرب بوده و اثرات نامطلوبی بر عملکرد قطعه داشته باشد. این تنش های داخلی می تواند منجر به تاب برداشتن، ترک خوردن و حتی از بین رفتن قطعه کاری در تنش هایی بسیار کمتر از سطحی که قطعه برای تحمل آن طراحی شده است، شود. مثلا؛ ایجاد غیر یکنواختی در نقاط مختلف قطعه پس از ریخته گری و در طی سرد شدن به ویژه در قطعات ضخیم و یا انجام پروسه های ماشین کاری یا جوشکاری موجب ایجاد تنش های داخلی در قطعه می شود.
هدف اصلی عملیات تنش گیری، آزاد شدن تنش های ناشی از این فرایندها می باشد.
تغییرات خواص مکانیکی در اثر عملیات تنش گیری(تنش زدایی)
پس از تنش زدایی، تغییرات عمده ای در خواص مکانیکی ایجاد نمی شود و تنش تنها توسط مکانیزم بازیابی برطرف می شود. در واقع با انتخاب مناسب دما و زمان در عملیات تنش گیری، می توان به راحتی اثرات مضر و مخرب تنش های کشش سطحی حاصل از کارسرد را از بین برد بدون آن که استحکام و سختی قطعه تغییر کند.