Что собой представляет закалка стали с точки зрения химии и физики?

С точки хрения физики (химия тут ни при чём), у стали при разных температурах разная кристаллическая структура - феррит, аустенит, цементит... И та, что устойчива (является термодинамически равновесной) при 800 градусах, при низких температурах уже неустойчива. Поэтому при медленном остыванииодна структура меняется на другую.

Но штука в том, что эта вот высокотемпературная структура (какая точно - я, увы, не помню), если её "заморозить" резким пмонижением температуры, показывает лучшие механические свойства по сравнению с "родной" для низкой температуры. Именно в этом и состоит процесс закалки с физической точки зрения: нагрев стали до высокой температуры, выдержка при этой температуре, чтобы весь кусок приобрёл нужную кристаллическую структуру (на такую перестройку необходимо некоторое время) и резкое охлаждение, замораживающее высокотемпературную структуру: за столь короткое время она не успевает перестроиться обратно.