Çeliğin sertleştirilmesi ve temperlenmesi, çeliğin ısıtılması, söndürülmesi ve yeniden ısıtılması işlemi ile yapılır. Amaç, sertlik seviyesini ve çeliğin gücünü artırmaktır.
Çelik karbon içerir ve karbon miktarı sertleşip sertleşemeyeceğini belirler. Düşük karbon konsantrasyonlu çelik sertleştirilemez çünkü kristal yapıyı değiştirmek için yeterli karbon yoktur. Ancak, yüksek karbonlu çelik sertleştirilebilir ve temperlenebilir.
Çeliği sertleştirmek için, metal çok yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Çeliği kritik sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta ısıttıktan sonra, metal su verme adı verilen bir işlemle hızlı bir şekilde soğutulur. Bu, ısınan metalin sıcaklığını hızla düşürmek için suya, yağa veya başka bir sıvıya batırmayı içerir.
Çelik diğer metallerle birlikte karbon içerdiğinden, alaşımın kritik sıcaklığının üstünde ısıtılması karbon ve metallerin birlikte katı çözeltiye girmesine neden olur. Bu katı çözelti su verme yoluyla hızlı bir şekilde soğutulduğunda, çözelti "donar" ve ısıtma işlemi sırasında elde edilen mikro yapıyı korur, böylece çeliği sertleştirir. Bu aynı zamanda çeliği daha kırılgan hale getirir, bu yüzden alaşımın gücünü korumak için temperlenmesi gerekir.
Temperleme, çeliği sertleştirme için kullanılan sıcaklığa kıyasla nispeten daha düşük bir sıcaklığa yeniden ısıtma işlemidir. Yeniden ısıtma, karbonun çelik içerisinde çökelmesini sağlar. Nihai üründe istenen dayanıma bağlı olarak, çeliğin temperlendiği sıcaklık ve süre kontrol edilebilir.
