金屬熱處理工藝可分為三類:整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方式的不同，每一類又可分為幾種不同的熱處理工藝。同一種金屬通過不同的熱處理工藝可以獲得不同的組織，因此具有不同的性能。

鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的金屬，其顯微組織也是最復(fù)雜的，因此鋼鐵的熱處理工藝有很多種。整體熱處理是將工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，改變其整體機(jī)械性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵的整體熱處理有四個(gè)基本工序:退火、正火、淬火和回火。

退火是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，然后慢慢冷卻。目的是使金屬內(nèi)部組織達(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)一步淬火做好組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到合適的溫度，然后在空氣中冷卻。正火的效果類似于退火，只是得到的顯微組織更細(xì)，常用于提高材料的切削性能，有時(shí)也作為一些要求不高的零件的最終熱處理。

淬火是將工件加熱保溫，然后在水、油或其他無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬火介質(zhì)中快速冷卻。淬火后，鋼變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件長時(shí)間保持在高于室溫但低于650℃的適當(dāng)溫度下，然后冷卻。這個(gè)過程叫做回火。退火、正火、淬火、回火是整個(gè)熱處理中的“四火”，其中淬火和回火關(guān)系密切，所以經(jīng)常一起使用，缺一不可。隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，“四火”演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，將淬火和高溫回火相結(jié)合的工藝稱為調(diào)質(zhì)。

有些合金淬火形成過飽和固溶體后，長時(shí)間保持在室溫或稍高的溫度，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電磁性。這種熱處理過程稱為時(shí)效處理。將壓力加工變形與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來，使工件獲得良好的強(qiáng)度和韌性的方法稱為變形熱處理。在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理。既能防止工件氧化脫碳，又能保持處理后工件表面光滑，提高工件性能。也可以用滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。