金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻，通過改變金屬材料表面或內部的組織結構來控制其性能的一種工藝。

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（激光熱處理、火焰淬火和感應加熱熱處理）、局部熱處理和化學熱處理（滲碳、滲氮、滲金屬、復合滲）等。

首先講退火、正火、淬火、回火。它們是構成熱處理的基礎，差別首先在加熱溫度和冷卻速度上。退火、正火、淬火一般加熱到奧氏體化溫度后在冷卻，而回火一般加熱到A1線以下，并且回火一般是為了配合淬火，不單獨使用。冷卻速度上，淬火為快速冷卻，正火為空冷，回火為空冷、風冷等視情況而定，退火的冷速最慢，一般隨爐冷卻。調質處理為淬火加高溫回火的組合，為了獲得比較好的性能。

一、.退火 

操作方法:
將鋼件加熱到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的溫度(可以查閱有關資料)后，一般隨爐溫緩慢冷卻。 目的:1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能;2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備;3.消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點:
1.適用于合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應狀態不合格的原材料;
2.一般在毛坯狀態進行退火 。

二、 正火 
操作方法:
將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50度，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻。

目的:
1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能;
2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備;
3.消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點:正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結構鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對于一般中、高合金鋼，空冷可導致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。

三、淬火

操作方法:將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。 目的:淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼(如不銹鋼、耐磨鋼)淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。

應用要點:
1.一般用于含碳量大于百分之零點三的碳鋼和合金鋼;
2.淬火能充分發揮鋼的強度和耐磨性潛力，但同時會造成很大的內應力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進行回火以得到較好的綜合力學性能。

四、回火

操作方法:
將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。

目的:
1.降低或消除淬火后的內應力，減少工件的變形和開裂;
2.調整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學性能;
3.穩定工件尺寸。

應用要點:
1.保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時用低溫回火;在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強度時用中溫回火;以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強度時用高溫回火;
2.一般鋼盡量避免在230~280度、不銹鋼在400~450度之間回火，因為這時會產生一次回火脆性。

五、調質 

操作方法:淬火后高溫回火稱調質，即將鋼件加熱到比淬火時高10~20度的溫度，保溫后進行淬火，然后在400~720度的溫度下進行回火。

目的:
1.改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度;
2.減小淬火時的變形和開裂;
3.獲得良好的綜合力學性能。

應用要點:
1.適用于淬透性較高的合金結構鋼、合金工具鋼和高速鋼;
2. 不僅可以作為各種較為重要結構的最后熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預先熱處理，以減小變形。

六、時效

操作方法:將鋼件加熱到80~200度，保溫5~20小時或更長時間，然后隨爐取出在空氣中冷卻。

目的:
1. 穩定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形;
2.減輕淬火以及磨削加工后的內應力，穩定形狀和尺寸。

應用要點:
1. 適用于經淬火后的各鋼種;
2.常用于要求形狀不再發生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機箱等。

七、冷處理

操作方法:
將淬火后的鋼件，在低溫介質(如干冰、液氮)中冷卻到-60~-80度或更低，溫度均勻一致后取出均溫到室溫。

目的:
1.使淬火鋼件內的殘余奧氏體全部或大部轉換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強度、耐磨性和疲勞極限;
2. 穩定鋼的組織 ，以穩定鋼件的形狀和尺寸。

應用要點:
1.鋼件淬火后應立即進行冷處理，然后再經低溫回火，以消除低溫冷卻時的內應力;
2.冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件。

八、火焰加熱表面淬火 

操作方法:用氧-乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當達到淬火溫度后立即噴水冷卻。

目的:提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍保持韌性狀態。

應用要點:
1.多用于中碳鋼制件，一般淬透層深度為2~6mm;
2.適用于單件或小批量生產的大型工件和需要局部淬火的工件。

九、感應加熱表面淬火 

操作方法:將鋼件放入感應器中，使鋼件表層產生感應電流，在極短的時間內加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。

目的:提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部保持韌性狀態。

應用要點:
1.多用于中碳鋼和中堂合金結構鋼制件;
2. 由于肌膚效應，高頻感應淬火淬透層一般為1~2mm，中頻淬火一般為3~5mm，高頻淬火一般大于10mm。

十、滲碳 

操作方法:將鋼件放入滲碳介質中，加熱至900~950度并保溫，使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。

目的:提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍然保持韌性狀態。

應用要點:
1.用于含碳量為0.15%~0.25%的低碳鋼和低合金鋼制件，一般滲碳層深度為0.5~2.5mm;
2.滲碳后必須進行淬火，使表面得到馬氏體，才能實現滲碳的目的。

十一、氮化

操作方法:
利用在5..~600度時氨氣分解出來的活性氮原子，使鋼件表面被氮飽和，形成氮化層。

目的:提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。

應用要點:多用于含有鋁、鉻、鉬等合金元素的中碳合金結構鋼，以及碳鋼和鑄鐵，一般氮化層深度為0.025~0.8mm.

十二、氮碳共滲

操作方法:向鋼件表面同時滲碳和滲氮。

目的:提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。

應用要點:
1.多用于低碳鋼、低合金結構鋼以及工具鋼制件，一般氮化層深0.02~3mm;
2.氮化后還要淬火和低溫回火。