Khi austenit nguội đi, cacbon khuếch tán ra khỏi austenit và tạo thành cacbua sắt giàu cacbon (cementit) và để lại sau nó là ferrit nghèo cacbon. Phụ thuộc vào thành phần hợp kim, một dạng tạo lớp của ferrit và cementit, gọi là pearlit, có thể được tạo ra. Nếu tốc độ làm nguội rất cao thì cacbon không có đủ thời gian để khuếch tán và hợp kim có thể trải qua một biến dạng mạng tinh thể lớn gọi là biến đổi martensit trong đó nó biến đổi thành martensit, một cấu trúc bốn phương tâm khối (BCT). Đây là một trường hợp rất quan trọng, vì cacbon không có thời gian để khuếch tán do tốc độ làm nguội cao, kết quả là cacbon bị mắc kẹt và tạo thành martensit cứng. Tốc độ làm nguội xác định tỷ lệ tương đối của martensit, ferrit và cementit, và vì thế xác định các tính chất cơ học của thép được tạo ra, chẳng hạn như độ cứng và độ bền kéo. Tốc độ làm nguội cao của các tiết diện dầy sẽ gây ra một đường dốc nhiệt dựng đứng trong vật liệu. Các lớp ngoài của vật liệu xử lý nhiệt sẽ nguội nhanh hơn và co nhiều hơn, làm cho nó phải chịu sức căng và lõm nhiệt. Ở các tốc độ làm nguội nhanh, vật liệu sẽ biến đổi từ austenit sang martensit cứng hơn và sẽ sinh ra các vết nứt ở các mức sức căng thấp hơn. Thay đổi thể tích (martensit nhẹ hơn austenit) [9] cũng có thể sinh ra các ứng suất. Khác biệt về suất sức căng của phần trong và phần ngoài vật liệu cũng có thể làm cho các vết nứt phát triển ở phần ngoài, buộc phải sử dụng tốc độ tôi thấp hơn để tránh điều này. Bằng việc tạo hợp kim của thép với wolfram, sự khuếch tán cacbon được làm chậm lại và chuyển đổi thành thù hình BCT xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn, vì thế mà tránh được hiện tượng nứt. Vật liệu như thế được cho là có độ thấm tôi tăng lên. Ram tiếp theo tôi sẽ biến đổi một số martensit giòn thành martensit ram. Nếu thép có độ thấm tôi thấp được tôi, một lượng đáng kể austenit sẽ được giữ lại trong vi cấu trúc, sinh ra thép với các ứng suất bên trong làm cho sản phẩm dễ bị đứt gãy đột ngột.