熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。
加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。
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 ，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得需要的組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間或保溫時間很短，而化學熱處理的保溫時間往往較長。
冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
退火→將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻(冷卻速度最慢一般隨爐冷卻)，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。
常用的退火工藝有：
①完全退火。用以細化中、低碳鋼經鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉變，即可使鋼的組織變細。
②球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙?，從而降低了硬度?/p>
③等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。
④再結晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。
⑤石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右 ，保溫一定時間后適當冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團絮狀石墨。
⑥擴散退火。用以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下 ，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。
⑦去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內應力。
退火 為了消除塑料制品的內應力或控制結晶過程，將制品加熱到適當?shù)臏囟炔⒈３忠欢〞r間，而后慢慢冷卻的操作。
正火→將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能。
正火的主要應用范圍有：
①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。
②用于中碳鋼，可代替調質處理(淬火+高溫回火）作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。
③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。
④用于鑄鋼件，可以細化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。
⑤用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。
⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。
⑦過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球?；?/strong>
正火后的組織：亞共析鋼為F+S，共析鋼為S，過共析鋼為S+二次滲碳體，且為不連續(xù)。
正火與退火的區(qū)別
正火主要用于鋼鐵工件。一般鋼鐵正火與退火相似，但冷卻速度稍大，組織較細。有些臨界冷卻速度（見淬火）很小的鋼，在空氣中冷卻就可以使奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，這種處理不屬于正火性質，而稱為空冷淬火。與此相反，一些用臨界冷卻速度較大的鋼制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到馬氏體，淬火的效果接近正火。鋼正火后的硬度比退火高。正火時不必像退火那樣使工件隨爐冷卻，占用爐子時間短，生產效率高，所以在生產中一般盡可能用正火代替退火。
對于含碳量低于0.25%的低碳鋼，正火后達到的硬度適中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火為切削加工作準備。對含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼，正火后也可以滿足切削加工的要求。對于用這類鋼制作的輕載荷零件，正火還可以作為最終熱處理。高碳工具鋼和軸承鋼正火是為了消除組織中的網狀碳化物，為球化退火作組織準備。
普通結構零件的最終熱處理 ，由于正火后工件比退火狀態(tài)具有更好的綜合力學性能，對于一些受力不大、性能要求不高的普通結構零件可將正火作為最終熱處理，以減少工序、節(jié)約能源、提高生產效率。此外，對某些大型的或形狀較復雜的零件，當淬火有開裂的危險時，正火往往可以代替淬火、回火處理，作為最終熱處理。
淬火→鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRC值。
在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設法防止的。
由于淬火后金屬硬而脆，產生的表面殘余應力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎上，消除冷裂紋的手段之一。
淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。
淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內部有較大的淬火內應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。
回火→是工件淬硬后加熱到AC1（加熱時珠光體向奧氏體轉變的開始溫度）以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。
回火一般緊接著淬火進行，其目的是：
（a）消除工件淬火時產生的殘留應力，防止變形和開裂；
（b）調整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；
（c）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；
（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。通過淬火和回火的相配合，才可以獲得所需的力學性能。
按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火
工件在150~250℃進行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性
回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。力學性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。
應用范圍：主要應用于各類高碳鋼的工具、刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。
工件在350～500 ℃之間進行的回火。
目的是得到較高的彈性和屈服點，適當?shù)捻g性?；鼗鸷蟮玫交鼗鹎象w，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復相組織。
力學性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。
應用范圍：主要用于彈簧、發(fā)條、鍛模、沖擊工具等。
工件在500~650℃以上進行的回火。
目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能。
回火后得到回火索氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復相組織。
力學性能：25～35HRC，較好的綜合力學性能。
應用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結構件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。
退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。
