Martensittherding er den best kjente og mest effektive herdemetoden for stål. Stål er en legering avjern og opptil 1,7 prosentkarbon, som avhengig av formålet tilsettes større eller mindre mengder legeringselementer sommangan,nikkel,krom ogwolfram. I likhet med jern er stål med små tilsetningerallotrop, det vil si at det opptrer med flere krystallstrukturer i fast tilstand (sealfajern).

Ved gløding i temperaturområdet 720–930grader celsius vil stål foreligge somaustenitt (gammajern), en kubisk flatesentrert struktur, der karbonatomene er fordelt mellom jernatomene ioktaederposisjoner, som gir best plass. Ved bråkjøling i vann eller olje endres krystallstrukturen tilmartensitt, en tetragonal flatesentrert variant, der karbonatomene ligger mellom jernatomene og tvinger dem fra hverandre. Denne tilstanden av tvang i gitteret medfører at dislokasjoner blokkeres og at hardhet, flytegrense og strekkfasthet øker. Martensitten er derfor meget hard, men også sprø.

For å gjøre stålet merduktilt (seigt, strekkbart) og egnet til praktiske formål, blir detanløpet, det vil si glødet, i temperaturområdet 250–650 °C.Karbonet danner da sammen med jern strukturbestanddelensementitt, som utfelles i finfordelt form i martensitten. Dette fører til en delvis utløsning av gitterspenningene slik at tvangstilstanden dempes, hardheten faller og duktiliteten øker.

Praktisk herding av stål foregår således i tre trinn:

1. Gløding ved 770–850 °C avhengig av karboninnholdet. For legert stål er herdetemperaturen ofte høyere.
2. Bråkjøling i vann eller olje.
3. Anløping i ovn ved 250–650 °C avhengig av ønsket hardhet. Laveste anløpingstemperatur svarer til høyeste hardhet og laveste duktilitet.

Som første trinn i herdeprosessen er gløding ved 800 °C eller høyere nødvendig for at karbon og legeringselementer skal løses i austenitten. Bråkjølingen foregår deretter ved lavere temperatur, vanligvis i området 150–300 °C. Vedstegherding (marquenching) foregår bråkjølingen i to trinn, først i salt- eller blybad og så i vann eller olje. Vedbainittherding (austempering) er holdetiden i saltbadet vesentlig lengre, inntil austenitten kan omvandles tilbainitt, en hard og relativt seig struktur bestående av finfordelte og overmettede faser avferritt og sementitt.

Temperaturutjevningen i saltbadet mens stålet er austenittisk reduserer sprekkfaren sammenlignet med konvensjonell bråkjøling, og metodene brukes særlig ved varmebehandling av bil- og motordeler med komplisert form. Full utnyttelse forutsetter bruk av legert stål med god herdbarhet.

Utfellingsherding er en mye brukt herdemetode, der hardhetsøkningen skyldes en dispers utfelling av en hard fase. Herding avaluminium med 4–5 prosentkobber og mindre mengder avmagnesium,mangan ogsilisium (tidligere betegnetduralumin) er et kjent eksempel. Ved 530 °C, mens legeringen fremdeles er i fast tilstand, er kobberet helt løst, nærmere bestemt har kobberatomene trådt inn i aluminiumgitteret og erstattet noen av dets atomer. Ved bråkjøling i vann blir denne strukturen fastlåst, men den er ustabil, siden kobber på det nærmeste er uløselig i aluminium ved værelsestemperatur. Oppvarmes legeringen derfor forsiktig til 150 °C, utfelles et nettverk av ganske små soner av Al₂Cu og Mg₂Si, som skaper den tidligere nevnte motstand mot dislokasjonsforskyvning.

Mange andre aluminiumlegeringer og legeringer av andre metaller kan herdes etter samme prinsipper. Det samme gjelder noen høyfaste konstruksjonsstål.

Oppløsningsherding (løsningsherding) er herding ved innlegering med andre metaller som dannerblandkrystaller med grunnfasen. Kobber herdes for eksempel ved innlegering medtinn. Produktet kjennes sombronse og fremgangsmåten var kjent allerede år 3000 fvt. Når stål legeres med karbon blir det hardere, selv om herdeprosessen utelates. Fremmedatomene skaper indre spenninger i gitteret som motvirker dislokasjonsforskyvning.

Mekanisk herding, også kaltfastning, skjer vedkaldbearbeiding av metaller og legeringer, somvalsing av plater og stenger og trekking av tråd. Bearbeidingen fører til øket tetthet av kryssende og delvis fastlåste dislokasjoner.

De fleste polykrystallinske metaller og legeringer kan herdes ved at man reduserer kornstørrelsen, idet det fortettede nettverket av korngrenser som oppstår, forsterker motstanden mot dislokasjonsforskyvning. Den tilsiktede strukturen kan vanligvis oppnås ved en kombinasjon av innlegering og termiske og mekaniske prosesser.