熱處理過(guò)程一般包括加熱、保溫和冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程是相互聯(lián)系的，不可中斷。
加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理有許多加熱方法。木炭和煤長(zhǎng)期以來(lái)被用作熱源，然后液體和氣體燃料被使用。電的應(yīng)用使得供暖易于控制，并且沒(méi)有環(huán)境污染。這些熱源可用于直接或間接通過(guò)熔鹽或金屬或甚至懸浮顆粒加熱。
當(dāng)金屬被加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，經(jīng)常發(fā)生氧化和脫碳(即鋼零件表面的碳含量降低)，這對(duì)熱處理后零件的表面性能有非常不利的影響。因此，金屬通常應(yīng)在受控氣氛或保護(hù)氣氛、熔鹽和真空中加熱，也可通過(guò)涂層或包裝進(jìn)行保護(hù)。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一。選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度根據(jù)待處理的金屬材料和熱處理的目的而變化，但通常加熱到相變溫度以上以獲得所需的結(jié)構(gòu)。此外，轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件的表面達(dá)到所需的加熱溫度時(shí)，必須在該溫度下保持一定的時(shí)間，以便內(nèi)部和外部溫度一致，并且微結(jié)構(gòu)被完全轉(zhuǎn)變。這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。當(dāng)采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般沒(méi)有保溫時(shí)間或保溫時(shí)間很短，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。
冷卻也是熱處理過(guò)程中不可缺少的一步。冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。通常，退火冷卻速度慢，正火冷卻速度快，淬火冷卻速度快。然而，對(duì)于不同的鋼種也有不同的要求。例如，空氣硬化鋼可以以與正火相同的冷卻速度硬化。
金屬熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類可分為幾種不同的熱處理工藝。通過(guò)采用不同的熱處理工藝，同一種金屬可以獲得不同的結(jié)構(gòu)，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上廣泛使用的金屬，而且鋼鐵的顯微組織也很復(fù)雜，所以鋼鐵的熱處理工藝有很多種。
整體熱處理是一種金屬熱處理工藝，將工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體機(jī)械性能。鋼的整體熱處理包括四個(gè)基本過(guò)程:退火、正火、淬火和回火。
退火→將工件加熱到合適的溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后緩慢冷卻(冷卻速度慢)，以使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或?yàn)檫M(jìn)一步淬火做準(zhǔn)備。正火→工件被加熱到合適的溫度，然后在空氣中冷卻。正火效果類似于退火，除了所獲得的微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)。它通常用于提高材料的切削性能，有時(shí)也用于一些低要求零件的最終熱處理。
淬火→工件加熱保溫后，在水、油或其他無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬火介質(zhì)中快速冷卻。淬火后，鋼變得堅(jiān)硬但同時(shí)又易碎。為了降低鋼零件的脆性，淬火后的鋼零件在高于室溫但低于710℃的合適溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后冷卻。這個(gè)過(guò)程叫做回火。退火、正火、淬火和回火是整體熱處理中的“四火”，其中淬火和回火關(guān)系密切，經(jīng)常一起使用，缺一不可。
“四火”演化出不同的熱處理工藝，具有不同的加熱溫度和冷卻方法。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，將高溫淬火和回火結(jié)合在一起，稱為淬火和回火。在某些合金被淬火形成過(guò)飽和固溶體后，它們被長(zhǎng)時(shí)間保持在室溫或稍高的適當(dāng)溫度，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電磁性能。這種熱處理過(guò)程稱為時(shí)效處理。將壓力加工變形和熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)，使工件獲得良好的強(qiáng)韌性配合的方法稱為形變熱處理。負(fù)壓氣氛或真空中的熱處理稱為真空熱處理。它不僅能防止工件氧化和脫碳，保持被處理工件表面的清潔和光亮，提高工件的性能，還能引入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。
表面熱處理是一種金屬熱處理工藝，僅加熱工件表面以改變表面的機(jī)械性能。為了僅加熱工件的表面層，而不將過(guò)多的熱量傳遞到工件內(nèi)部，所使用的熱源必須具有高能量密度，即，每單位面積給予工件大量的熱能，使得工件的表面層或部分能夠在短時(shí)間內(nèi)或瞬間達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理。常見(jiàn)的熱源包括火焰，如氧乙炔或氧丙烷、感應(yīng)電流、激光和電子束等。
化學(xué)熱處理是一種改變工件表層化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理不同于表面熱處理，表面熱處理改變了工件表層的化學(xué)成分。化學(xué)熱處理是在含有碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱工件，并長(zhǎng)時(shí)間保持該溫度，從而使工件表層滲透碳、氮、硼、鉻等元素。元素滲入后，有時(shí)會(huì)進(jìn)行淬火和回火等其他熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、金屬滲透、復(fù)合滲透等。
熱處理是機(jī)械零件和工具制造過(guò)程中的重要工序之一。一般來(lái)說(shuō)，它可以保證和改善工件的各種性能，如耐磨性、耐腐蝕性等。坯料的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)也可以得到改善，以便于各種冷、熱加工。例如，可鍛鑄鐵可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間退火白口鑄鐵來(lái)提高塑性。采用正確的熱處理工藝，齒輪的使用壽命可以比未經(jīng)熱處理的齒輪長(zhǎng)一倍或幾十倍。此外，低價(jià)碳鋼通過(guò)滲透一些合金元素，具有一些高價(jià)合金鋼的性能，可以替代一些耐熱鋼和不銹鋼。幾乎所有的工具和模具在使用前都需要熱處理。
