熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘餘應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。
1. 預備熱處理
預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
（1）退火和正火
退火和正火用於經過熱加工的毛坯。含碳量大於0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易於切削，常採用退火處理；含碳量低於0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而採用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以後的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯製造之後、粗加工之前進行。
（2）時效處理
時效處理主要用於消除毛坯製造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對於一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
除鑄件外，對於一些剛性較差的精密零件（如精密絲槓），為消除加工中產生的內應力，穩定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。有些軸類零件加工，在校直工序後也要安排時效處理。
（3）調質
調質即是在淬火後進行高溫回火處理，它能獲得均勻細緻的回火索氏體組織，為以後的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準備，因此調質也可作為預備熱處理。
由於調質後零件的綜合力學性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。
2. 最終熱處理
最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強度等力學性能。
（1）淬火
淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應用較廣，而且表面淬火還具有外部強度高、耐磨性好，而內部保持良好的韌性、抗衝擊力強的優點。為提高表面淬火零件的機械性能，常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理。其一般工藝路線為：下料--鍛造--正火（退火）--粗加工--調質--半精加工--表面淬火--精加工。
（2）滲碳淬火
滲碳淬火適用於低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火後使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要採取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由於滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。當局部滲碳零件的不滲碳部分採用加大餘量後，切除多餘的滲碳層的工藝方案時，切除多餘滲碳層的工序應安排在滲碳後，淬火前進行。
（3）滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由於滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應儘量靠後安排，為減小滲氮時的變形，在切削後一般需進行消除應力的高溫回火。
正火、淬火、退火、回火的區別與聯繫
正火有以下目的和用途。① 對亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細化晶粒；並可作為淬火前的預先熱處理。
② 對過共析鋼，正火可以消除網狀二次滲碳體，並使珠光體細化，不但改善機械性能，而且有利於以後的球化退火。
③ 對低碳深衝薄鋼板，正火可以消除晶界的遊離滲碳體，以改善其深衝性能。
④ 對低碳鋼和低碳低合金鋼，採用正火，可得到較多的細片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時的“粘刀”現象，改善切削加工性。對中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合下，用正火更為經濟和方便。
⑤ 對普通中碳結構鋼，在力學性能要求不高的場合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡便，而且使鋼材的組織和尺寸穩定。
⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由於高溫下擴散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火後的粗大晶粒可通過隨後第二次較低溫度的正火予以細化。
⑦ 對某些用於汽輪機和鍋爐的低、中碳合金鋼，常採用正火以獲得貝氏體組織，再經高溫回火，用於400～550℃時具有良好的抗蠕變能力。
⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用於球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強度。
由於正火的特點是空氣冷卻，因而環境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對正火後的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據直徑為25毫米的試樣加熱到900℃後,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。
退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然後以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應力退火。退火材料的力學性能可以用拉伸試驗來檢測，也可以用硬度試驗來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態供貨的，鋼材硬度檢測可以採用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對於較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以採用表面洛氏硬度計，檢測HRT硬度。
退火的目的在於：① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋製和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘餘應力，防止工件變形、開裂。
② 軟化工件以便進行切削加工。
③ 細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。
④ 為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準備。
常用的退火工藝有：① 完全退火。用以細化中、低碳鋼經鑄造、鍛壓和焊接後出現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為奧氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然後隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發生轉變，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後的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫後緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變為球狀，從而降低了硬度。
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定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變為託氏體或索氏體，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，保溫一定時間後適當冷卻，使滲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。方法是在不發生熔化的前提下，將鑄件加熱到儘可能高的溫度，並長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨於均勻分佈後緩冷。
⑦ 去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對於鋼鐵製品加熱後開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫後在空氣中冷卻，即可消除內應力。
淬火，金屬和玻璃的一種熱處理工藝。把合金製品或玻璃加熱到一定溫度，隨即在水、油或空氣中急速冷卻，一般用以提高合金的硬度和強度。通稱“蘸火”。將經過淬火的工件重新加熱到低於下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間後在空氣或水、油等介質中冷卻的金屬熱處理。
鋼鐵工件在淬火後具有以下特點：① 得到了馬氏體、貝氏體、殘餘奧氏體等不平衡（即不穩定）組織。
② 存在較大內應力。
③ 力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火後一般都要經過回火。
回火的作用在於：① 提高組織穩定性，使工件在使用過程中不再發生組織轉變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩定。
② 消除內應力，以便改善工件的使用性能並穩定工件幾何尺寸。
③ 調整鋼鐵的力學性能以滿足使用要求。
回火之所以具有這些作用，是因為溫度升高時，原子活動能力增強，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進行擴散，實現原子的重新排列組合，從而使不穩定的不平衡組織逐步轉變為穩定的平衡組織。內應力的消除還與溫度升高時金屬強度降低有關。一般鋼鐵回火時，硬度和強度下降，塑性提高。回火溫度越高，這些力學性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度範圍回火時，會析出一些顆粒細小的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現象稱為二次硬化。
回火要求：用途不同的工件應在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。① 刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進行低溫回火。低溫回火後硬度變化不大，內應力減小，韌性稍有提高。
② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。
③ 中碳結構鋼製作的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適宜的強度與韌性的良好配合。
淬火加高溫回火的熱處理工藝總稱為調質。鋼在300℃左右回火時，常使其脆性增大，這種現象稱為第一類回火脆性。一般不應在這個溫度區間回火。某些中碳合金結構鋼在高溫回火後，如果緩慢冷至室溫，也易於變脆。這種現象稱為第二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時在油或水中冷卻，都可以防止第二類回火脆性。將第二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。
一.鋼的退火概念：將鋼加熱、保溫後緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的工藝過程。
1、完全退火
工藝：加熱Ac3以上30-50℃→保溫→隨爐冷到500度以下→空冷室溫。
目的：細化晶粒，均勻組織 ，提高塑韌性，消除內應力，便於機械加工。
2、等溫退火
工藝：加熱Ac3以上→保溫→快冷至珠光體轉變溫度→等溫停留→轉變為P→出爐空冷；
目的：同上。但時間短，易控制，脫氧、脫碳小。（適用於過冷A比較穩定的合金鋼及大型碳鋼件）。
3、球化退火
概念：是使鋼中的滲碳體球化的工藝過程。
對象：共析鋼和過共析鋼
工藝： 模具達人微信：mujudaren
（1）等溫球化退火加熱Ac1以上20-30度→保溫→迅速冷卻到Ar1以下20度→等溫→隨爐冷至600度左右→出爐空冷。
（2）普通球化退火加熱Ac1以上20-30度→保溫→極緩慢冷卻至600度左右→出爐空冷。（週期長，效率低，不適用）。
目的：降低硬度、提高塑韌性，便於切削加工。
機理：使片狀或網狀滲碳體變成顆粒狀（球狀）
說明：退火加熱時，組織沒有完全A化，所以又稱不完全退火。
4、去應力退火
工藝：加熱到Ac1以下某一溫度（500-650度）→保溫→緩冷至室溫。
目的：消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘餘內應力，穩定工件尺寸。
二.鋼的回火工藝：將淬火後的鋼重新加熱到A1以下某一溫度保溫，然後冷卻（一般空冷)至室溫。
目的：消除淬火產生的內應力，穩定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。
力學性能：隨著回火溫度的升高，硬度、強度下降，塑性韌性升高。
1、低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內應力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用於製作量具、刀具和滾動軸承等。
2、中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用於製作彈簧、鍛模等。
3、高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學性能。用於製作齒輪、曲軸等。
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