La durezza dell’acciaio al carbonio può essere influenzata da una serie di fattori diversi, tra cui il contatto con il carbonio, la quantità e il tipo di altri elementi nella lega e i processi specifici utilizzati per creare l’acciaio. L’acciaio a basso tenore di carbonio, che contiene tra lo 0.05 e lo 0.25% di carbonio, è in genere la varietà più morbida, sebbene possa essere indurito attraverso un processo noto come cementazione. L’acciaio ad altissimo tenore di carbonio, che può contenere fino al 2% di carbonio, è in genere il tipo più duro, sebbene la durezza finale di ciascun prodotto sia determinata anche da vari processi di trattamento termico. I processi di tempra possono aumentare la durezza dell’acciaio al carbonio di un fattore di circa quattro, sebbene il successivo rinvenimento in genere riduca la durezza.
L’acciaio al carbonio è una lega costituita principalmente da ferro e carbonio. Possono essere presenti anche altri elementi, in genere in quantità molto piccole. Esistono alcune definizioni diverse di ciò che costituisce esattamente l’acciaio al carbonio, sebbene elementi come silicio e rame in genere rappresentino meno dello 0.6% delle varie leghe. Alcune leghe di acciaio al carbonio possono anche contenere fino all’1.6% di elementi come il manganese. Poiché ci sono un certo numero di leghe diverse che sono tutte comunemente chiamate acciaio al carbonio, ogni tipo tende ad avere una durezza diversa.
Il fattore principale che influenza la durezza dell’acciaio al carbonio è la quantità di carbonio presente nella lega. Gli acciai a basso tenore di carbonio tendono ad essere i più teneri, mentre gli acciai ad altissimo tenore di carbonio possono essere piuttosto duri e fragili. È inoltre possibile modificare le caratteristiche fisiche dell’acciaio al carbonio attraverso vari trattamenti, sia per aumentare o diminuire la durezza.
Anche se l’acciaio a basso tenore di carbonio è relativamente morbido, un processo noto come carburazione può renderlo più duro. Questo processo di trattamento termico fa sì che la lega assorba carbonio aggiuntivo da fonti solide, liquide e gassose come carbone e monossido di carbonio. Il carbonio viene in genere assorbito solo nella superficie del metallo, il che si traduce in uno strato esterno cementato e un nucleo più morbido e duttile.
Gli acciai al carbonio ad alto contenuto tendono ad essere molto difficili all’inizio, ma i processi di tempra possono renderli ancora più difficili. Tuttavia, se una lega di acciaio al carbonio è troppo dura, in genere sarà anche piuttosto fragile. Alcune leghe eccezionalmente dure sono effettivamente sottoposte a processi di tempra e rinvenimento che possono ridurre la durezza dell’acciaio al carbonio e aumentare la duttilità. Anche altri processi, come la ricottura, possono aumentare efficacemente la duttilità e diminuire la durezza complessiva dell’acciaio.