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熱處理加工分為加熱、保溫，冷卻三個過程，有時只有加熱、保溫兩個過程。這兩個過程相互聯系，不能中斷。

加熱是一種重要的熱處理工藝。金屬通常應該在保護氣氛下，加熱溫度的選擇與控制對保證熱處理質量至關重要。加熱溫度因熱處理的金屬材料和熱處理目的不同而不同，通常將其加熱到轉變溫度以上。此外，組織轉換需要一定的時間，所以當熱處理工件表面達到所要求的加熱溫度時，還必須在該溫度下維持一定時間，使內外溫度一致，使微觀組織完全轉變，這個時間叫做保溫時間。

在熱處理工藝過程中，冷卻也是必不可少的環節，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。通常情況下，退火速度最慢，正火冷卻速度快，淬火冷卻快。但是也因鋼種的不同而有不同的要求。

金屬熱處理加工過程大致可分為整體、表面及化學熱處理三種。每一大類又根據加熱介質、加熱溫度，冷卻方式不同，可以分為幾種不同的熱處理工藝。相同的金屬，用不同的熱處理工藝可以得到不同的組織，因而具有不同的性能。鋼是工業上使用最廣泛的金屬，其微觀結構也最復雜，所以鋼鐵的熱處理工藝多種多樣。