所谓热处理就是将固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温和冷却，改变其内部组织获得所需性能的一种工艺方法。利用热处理可以消除上道工序的缺陷，也可以为下道工序做准备，更重要的是提高合金的性能，从而充分发挥材料的潜力，在机械制造业中占有非常重要的地位。根据加热和冷却的方式不同，热处理可分为退火、正火、淬火、回火以及表面热处理。
一、钢的退火
1.退火的工艺
将工件加热到适当的温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。
2.退火的目的
1）降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。
2）消除残余内应力，防止工件变形和开裂。
3）细化晶粒，均匀钢的组织和成分，提高钢的力学性能，为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。
3.常用的退火方法及应用
根据钢的成分、目的及工艺特点，常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火等。在机械零件、工具、模具等的制造过程中，经常采用退火做预备热处理，安排在铸造、锻造之后，粗加工之前，消除前一道工序带来的缺陷，为后面的工序做准备。
（1）完全退火
完全退火又称重结晶退火，是将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却下来，以获得接近于平衡状态组织的工艺。完全退火主要用于各种中碳钢、低中碳合金结构钢的铸、锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构件，一般做一些不太重要的零件的最终热处理或做某些重要零件的预备热处理。
（2）球化退火
球化退火是将工件加热到Ac3以上20～30℃，保温一定的时间，再以≤50℃／h的冷却速度随炉缓慢冷却下来，使钢中的渗碳体球状化的工艺。球化退火主要适用于共析或过共析成分的碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢，以改善切削加工性并为后面热处理做准备。
（3）去应力退火
去应力退火又称低温回火，是将工件加热到500～650℃，保温一定的时间，随炉缓慢冷却下来的工艺。去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件和冷压件的残余应力及切削加工过程中产生的应力。由于加热温度在A1线以下，所以去应力退火过程中没有组织转变，只是消除内应力。
二、钢的正火
1.正火的工艺
将工件加热到Ac3或Acm以上30～50℃，保温一定的时间，空冷至室温的热处理工艺。
2.正火的目的
正火的目的与退火基本相同，只是正火的冷却速度稍快，组织更细，力学性能更好。
3.正火的应用
1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能。
2）作为普通结构件或一些大型及形状复杂的零件的最终热处理。
3）代替中碳钢和低中碳合金结构钢的完全退火。
4）消除过共析钢中的网状渗碳体，以利于球化退火。
三、钢的淬火
1.淬火的工艺
淬火是将钢加热到Ac3或A1以上30～50℃，保温一定的时间，以适当的冷却方式冷却到室温，以获得马氏体和贝氏体的工艺方法。
2.淬火的目的
淬火就是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。
3.常用的淬火方法
（1）单液淬火法
工件经加热、保温后，投入到一种冷却介质中冷却的工艺。通常生产中碳钢采用水或食盐水淬火，合金钢采用油淬火。这是一种最简单的淬火方法，容易实现机械化和自动化，应用较广。但水淬会产生变形、开裂，而油淬则产生硬度不足或硬度不均匀的缺陷。
（2）双液淬火法
工件经加热、保温后，先投入到冷却能力较强的介质中速冷至300～400℃，再转入冷却能力较弱的介质中缓冷至室温的工艺。通常生产中碳钢淬火是先水冷后油冷，合金钢淬火是先油冷后空冷。双液淬火法可以减少内应力，又保证工件得到马氏体组织，但操作比较困难，一般用于高碳工具钢制造的形状复杂的易开裂工件，如丝锥。(www.xing528.com)
（3）分级淬火法
将加热后的工件迅速投入到温度在Ms附近的盐浴中等温一定的时间，然后空冷至室温以获得马氏体的工艺。分级淬火操作简单，能消除工件内外温度差，减少淬火应力，防止工件变形和开裂；但盐浴冷却能力有限，对于过冷奥氏体稳定性较小的钢，淬火时会出现珠光体组织，因而分级淬火法主要适用于一些形状复杂、截面尺寸较小、变形要求严格的碳钢及合金钢工件。
（4）等温淬火法
将加热后的工件迅速投入到温度稍高于Ms的盐浴中经较长时间的保温，然后空冷至室温以获得下贝氏体的工艺。等温淬火的淬火应力和变形是很小的，而且下贝氏体又具有良好的综合力学性能，其强度、硬度、韧性和耐磨性都比较高。等温淬火与分级淬火一样，等温介质的冷却能力有限，因而常用于形状复杂、尺寸较小和变形要求较严格并且要求具有较高硬度和强韧性的工件，如各种模具和工具。
四、钢的回火
1.回火的工艺
回火是将淬火钢再加热至A1以下某一温度，保温一定的时间，然后冷却至室温的热处理工艺。
2.回火的目的
1）降低零件脆性，减小或消除淬火钢的内应力。
2）给予工件所要求的力学性能。
3）稳定组织，保证工件的精度。
3.常用的回火方法及应用
凡是重要的零件都要进行淬火和回火处理，根据工件性能要求的不同，按回火的温度将回火分为以下3种。
1）低温回火（150～250℃）。低温回火所得到的组织是回火马氏体，其性能是具有高硬度（58～64HRC）和高耐磨性，内应力有所下降，韧性有所提高。这种回火方法主要适用于各种商碳的切削工具、冷模具钢、滚动轴承钢和渗碳零件等。
2）中温回火（350～500℃）。中温回火所得到的组织是回火托氏体，其性能是具有高的弹性极限和屈服点，具有较高的韧性，硬度为35～50HRC。这种回火方法主要适用于各种弹簧和热模具钢。
3）高温回火（500～650℃）。高温回火所得到的组织是回火索氏体，其性能是具有较高的综合力学性能，即高强度和高韧性相配合的性能，硬度为200～350HBS。通常将淬火后高温回火的热处理工艺称为调质。这种回火方法主要适用于性能要求较高的重要结构零件，如机床主轴、螺栓、齿轮和连杆等。
五、钢的表面热处理
机械制造中，很多零件如轴、齿轮和凸轮等，是在扭曲、弯曲等交变载荷作用下工作的，同时还承受冲击载荷，在有摩擦的情况下，表面层还要受到摩擦。因而要求零件表面层得到强化，获得高硬度高耐磨性，而心部仍保持有足够的塑性和韧性。在这种情况下，采用前面的热处理方法很难满足要求，这时需进行表面热处理。常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。
1.常用的表面淬火方法及应用
表面淬火是一种不改变钢表面化学成分，但改变其表面组织的局部热处理方法，是通过快速加热与立即淬火冷却两道工序实现的，使表面得到硬而耐磨的马氏体，而心部仍保持原来的退火、正火或调质状态。常用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火
感应加热表面淬火是利用工件表面感应电流产生的热量，使工件表层迅速加热到淬火温度，而心部仍接近室温，随即快冷，从而达到了表面淬火的目的。感应加热表面淬火主要适用于中碳钢及中碳合金钢。为了得到不同的淬硬层，可采用不同频率的电流进行加热，感应加热时，频率越高，获得的淬硬层越薄。
（2）火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是利用高温火焰为热源的一种快速加热淬火方法。一般使用氧-乙炔火焰或氧-煤气燃烧的火焰。高温火焰将零件表面迅速加热到淬火温度，随即喷水快速冷却，获得所需的表面淬硬层的工艺。火焰加热表面淬火的淬火层深度一般为2～6mm，适用于中碳钢、中碳合金钢及铸铁制成的大型零件的表面淬火，如大型轴类、大模数齿轮、轧辊和导轨等。
2.化学热处理
将工件放置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表层化学成分而获得所需要的性能的热处理工艺称为化学热处理。和其他热处理方法相比，化学热处理不仅改变了钢表层的组织，而且表层的化学成分也发生了变化。
根据渗入元素不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属等。不论哪一种化学热处理方法，都是通过以下3个基本过程来完成的。
分解：由介质分解出要渗入元素的活性原子。
吸收：活性原子被工件表面吸收，进入晶格内形成固溶体或形成化合物。
扩散：渗入表面的活性原子由表面向中心扩散，形成一定的扩散层。
目前在机械制造业最常用的是渗碳、渗氮和碳氮共渗。
1）渗碳。渗碳是将低碳钢或低碳合金钢的钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表面的热处理工艺。其目的是提高工件表面的含碳量，渗碳后再经淬火和低温回火，使工件表面具有高硬度、高耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的塑、韧性。根据渗碳介质不同，常用的渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。
2）渗氮。渗氮是将活性氮原子渗入到工件表层的化学热处理方法。其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。和渗碳相比，工件渗氮后不需要淬火就能获得很高的硬度和耐磨性；渗氮温度低，工件变形小；渗氮件有很好的耐蚀性，可防止水、蒸汽和碱性溶液的腐蚀。但渗氮生产周期长，成本高，渗氮层薄而脆，因而它的应用受到了限制。主要用来处理重要和复杂的精密零件，如精密丝杠、镗杆和精密机床的主轴等。常用的渗氮钢为38CrMoAlA。
3）碳氮共渗。碳氮共渗又称氰化，是将碳、氮原子同时渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理方法。由于碳氮同时渗入，渗层表面比渗碳层具有更高的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性，变形小，而且渗入速度显著大于单独渗碳、渗氮，因而可缩短生产周期。目前，生产上常用来处理汽车、机车上的齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类零件。
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