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熱處理定義：鋼的熱處理就是利用鋼在固態范圍內的加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織，從而獲得所需要的物理、化學、機械和工藝性能的一種操作。
熱處理目的：
1、提高金屬材料的力學性能，充分發揮材料的潛力，節約材料、延長零件使用壽命。
2、消除材料殘余應力，改善金屬的切削加工性能。
加熱溫度、保溫時間和冷卻方式是熱處理最重要的三個基本工藝因素。
退火
1、定義：將組織偏離平衡狀態的金屬或合金加熱到適當的溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻以達到接近平衡狀態組織的熱處理工藝。
2、目的：降低硬度，均勻化學成分、改善切削加工性能和冷塑性變形性能、消除或減少內應力、為零件最終熱處理準備合適的內部組織。
3、分類
球化退火：為使工件中的碳化物球狀化而進行的退火。
去應力退火：為去除工件塑性變形加工、切削加工或焊接造成的內應力及鑄件內存在的殘余應力而進行退火。
正火
1、定義：將鋼材或鋼件加熱到一定溫度，保溫適當時間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到珠光體組織的熱處理工藝。
2、目的：改善切削性能，消除毛坯內應力，細化晶粒、提高硬度、獲得比較均勻的組織和性能。
退火和正火的區別
退火和正火屬于預備熱處理工藝，對于含碳量相同的工件，正火后的強度和硬度要高于的退火的。
例如：含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低硬度便于切削加工采用退火處理；含碳量低于0.5%的低碳鋼和低合金鋼，為避免硬度過低切削時粘刀，而采用正火適當提高硬度。
一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前進行。
滲碳
1、定義：為提高工件表層的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度,在滲碳爐中將低碳鋼在滲碳介質中加熱、保溫,使碳原子滲入工件表面，然后進行淬火的化學熱處理工藝。
2、目的：使低碳鋼的表面層含碳量增加到0.85～1.10%，然后再經淬火、低溫回火處理以消除應力并穩定組織，使鋼件表面層具有高硬度(HRc56～62)，增加耐磨性及疲勞強度等。而心部仍保持原有的塑性和韌性。
3、應用：滲碳一般用于15Cr、20Cr等含碳量低的鋼種，滲碳層的深度是根據零件的要求不同，一般為0.2～2mm。
設計時可根據工件尺寸和心部強度要求來選擇材料和滲碳層深度。
滲碳層深的選擇要根據實際需要進行設計，以節約成本。
層深的增加意味著滲碳時間的延長，齒輪一般是根據經驗公式來設計層深。
淬火
1、定義：將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間使其奧氏體化，以大于臨界冷卻速度進行冷卻的工藝。
2、淬火目的：
提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具
提高強韌性：軸類、桿件、銷、受力件
提高彈性：各類彈簧
提高耐蝕和耐熱性：耐熱鋼和不銹鋼
3、淬火分類
按加熱溫度：完全淬火、不完全淬火、循環加熱淬火
按加熱介質及熱源條件：鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻脈沖淬火、接觸電加熱淬火等
按淬火部位：整體淬火、局部淬火、表面淬火等
按冷卻方式：單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預冷淬火等
4、工藝過程：
冷卻速度是鋼在淬火過程中最主要的因素，它直接影響淬火產物和性能。
一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證全部得到馬氏體組織；另一方面冷卻應盡量緩慢，以減少內應力，避免工件變形和開裂。
為了解決上述矛盾，可以采用不同的冷卻介質和冷卻方法，使淬火工件在奧氏體最不穩定的溫度范圍內(650℃～550℃)快冷，超過臨界冷卻速度，以防珠光體類型轉變發生；而在馬氏體轉變區域范圍內(300℃～100℃)，則冷卻減慢，以減少淬火工件產生的應力。
5、不同淬火溫度下的內部組織
在完全淬火時，鋼的淬火組織主要是由馬氏體組成
在不完全淬火時亞共析鋼得到馬氏體和鐵素體組成的組織
當奧氏體中含碳質量分數大于0.5%時，淬火組織為馬氏體和殘余奧氏體。
過共析鋼得到馬氏體和滲碳體的組織。
亞共析鋼用不完全淬火是不正常的，因為這樣不能達到最高硬度。而過共析鋼采用不完全淬火則是正常的，這樣可使鋼獲得最高的硬度和耐磨性。
在適宜的加熱溫度下，淬火后得到的馬氏體呈細小的針狀；若加熱溫度過高，其形成粗針狀馬氏體，使材料變脆甚至可能在鋼中出現裂紋。
6、一般淬火件的工藝路線：
下料—鍛造—正火（退火）—粗加工—調質—半精加工—表面淬火—精加工
表面淬火
1、定義：是成本最低的表面硬化處理方法，工藝簡單而靈活，適合局部處理，特別適合于提高耐磨性的場合。由于只加熱表面層，心部強度保持著淬火前的狀態。
2、目的：提高材料的硬度、強度和耐磨性，而心部保持良好的塑性和韌性。表面淬火后零件表面將產生很大的殘余壓應力，因而使材料的疲勞強度大大提高。但需要注意的是，表面淬火區域的起始點和終結點處于殘余拉應力狀態下，此處的疲勞強度因此大大降低。設計時要考慮殘余拉應力不可留在齒根處、軸的過渡圓角處等零件應力集中部位， 以免工作應力與殘余拉應力疊加造成零件裂紋或斷裂。
3、工藝過程：表面淬火一般工藝是高頻感應加熱、中頻感應加熱或火焰加熱， 噴水冷卻， 然后進行低溫回火。
4、應用：淬硬深度一般是：高頻淬火1～2mm；中頻淬火2～6mm。一般用于中碳以上結構鋼和合金鋼主軸、齒輪等零件。當工件淬火后，表面硬度高，除磨削外，一般不能進行其它切削加工。因此工序應盡量靠后，一般安排在半精加工之后，磨削加工之前。
回火
1、定義：回火是將淬火后的鋼件加熱到指定的回火溫度，經過一定時間的保溫后，空冷到室溫的熱處理操作。回火時引起馬氏體和殘余奧氏體的分解。
2、目的：
⑴減少或消除淬火內應力, 防止變形或開裂。
⑵獲得所需要的力學性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調整硬度、韌性。
⑶穩定尺寸。
⑷對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。
3、分類：鋼淬火后都需要進行回火處理，回火溫度取決于最終所要求的組織和性能（工廠常根據硬度的要求），通常按加熱溫度的高低，回火可分為以下三類。
 (1)低溫回火：加熱溫度為150℃～250℃。低溫回火組織為回火馬氏體，馬氏體內析出碳化物形成回火馬氏體，殘余奧氏體也轉變為回火馬氏體。回火馬氏體易受侵蝕，組織呈暗色針狀。回火馬氏體具有高的強度和硬度，而韌性和塑性較淬火馬氏體有明顯改善。
其目的主要是降低淬火鋼中的內應力，減少鋼的脆性，同時保持鋼的高硬度和耐磨性。常用于高碳鋼制的切削工具、量具和滾動軸承件及滲碳處理后的零件等。
 (2)中溫回火：加熱溫度為350℃～500℃。中溫回火組織為回火屈氏體，它是由鐵素體和粒狀滲碳體組成的極細密混合物。回火屈氏體有較好的強度，最高的彈性，較好的韌性。
其目的主要是獲得高的彈性極限，同時有高的韌性。主要用于各種彈簧熱處理。
 (3)高溫回火：加熱溫度為500℃～650℃。高溫回火組織的回火索氏體，它是由粒狀滲碳體和等軸形鐵素體組成混合物。回火索氏體具有強度、韌性和塑性較好的綜合機械性能。
其目的主要是獲得既有一定的強度、硬度，又有良好的沖擊韌性的綜合機械性能。通常把淬火后加高溫回火的熱處理稱做調質處理。主要用于處理中碳結構鋼，即要求高強度和高韌性的機械零件，如軸、連桿、齒輪等。
調質
1、定義：工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝,。
2、目的：使材料獲得較好的強度、塑性和韌性等方面的綜合機械性能，用于各種中碳結構鋼和中碳合金鋼。調質一般安排在粗加工之后，半精加工之前,并為以后熱處理作準備。
大部分的零件都是通過調質處理來提高材料的綜合機械性能，即提高拉伸強度、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、沖擊功。
3、應用：調質處理能大大提高材料的拉伸和屈服強度， 提高屈強比和沖擊功，使材料具有強度和塑韌性的良好配合。一般來講調質鋼應該為中碳鋼( C = 0．3％～0．6％)；碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既可以調質處理又可以正回火使用；而對高碳鋼和低碳鋼則不宜采用調質工藝
4、工藝過程：首先需要將零件加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進行回火(500～650℃)，以降低淬火應力、調整組織成份，進而達到機械性能要求。
氮化處理
1、定義：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。
2、目的：提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。
3、特點：氮化工藝最大的特點是熱處理變形小，硬化層淺，特別適用于與調質工藝相結合提高零件的疲勞強度、表面耐磨性、耐蝕性和改善零件的摩擦狀態，防止膠合。適用于在周期載荷下工作的零件， 比如軸等。
4、應用：原則上講任何鋼種都可以進行氮化處理，但是最常用的氮化鋼是45(HV>300)、40Cr(HV>400)、42CrMo(HV>500)等，氮化后一般可不加工，設計時應盡可能采用整體氮化處理，因為氮化層本身對使用來說只有益處，沒必要加工處理掉。
5、工藝要求：氮化是在氮化爐中進行，因此變形小，氮化硬度要根據材質而定。。此外，氮化前必須進行調質處理，以提高心部的機械性能，為氮化做組織準備。