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热处理的作用是改善材料的力学性能，消除残余应力，提高金属的可加工性。根据热处理目的的不同，热处理过程可分为制备热处理和最终热处理两大类。
预备热处理
准备热处理的目的是提高可加工性，消除内应力，为最终热处理准备金相组织。热处理工艺包括退火、正火、时效、淬火和回火。
（1）退火和正火
退火和正火用于热加工毛坯。为了降低含碳量大于0.5%的碳钢和合金钢的硬度，通常采用退火处理；对于碳含量小于0.5%的碳钢和合金钢，为了避免在低硬度切削时粘刀，采用正火处理。退火正火可以细化晶粒，组织均匀，可用于后续热处理。退火和正火通常安排在毛坯制造之后和粗加工之前。
（2）时效处理
时效处理主要用于消除毛坯制造和加工过程中的内应力。为避免运输工作量过大，对于精度一般的零件，可在精加工前安排一次时效处理。但是，对精度要求高的零件应进行两次或多次处理。简单零件一般不进行老化处理。
除铸件外，对于一些刚度较差的精密零件，为了消除加工过程中产生的内应力，稳定零件的加工精度，在粗加工和半精加工之间经常安排多次时效处理。矫直后，部分轴类零件应进行时效处理。
（3）调质
调质是指淬火后的高温回火处理。为减少表面淬火和渗氮处理过程中的变形而制备的均匀、细化的索氏体组织。因此，淬火和回火也可以作为准备热处理。由于调质后的零件综合力学性能较好，一些硬度和耐磨性较低的零件也可作为最终热处理工艺。
最终热处理
最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等机械性能。
（1）淬火
淬火包括表面淬火和整体淬火。其中，表面淬火因变形少、氧化少、脱碳少而得到广泛应用。此外，表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好、内部韧性好、抗冲击性强等优点。为了提高表面淬火零件的机械性能，通常采用淬火回火或正火等热处理方法。一般工艺路线为：下料-锻造-正火（退火）、粗加工-淬火-回火-半精整-表面淬火-精整。
（2）渗碳淬火
渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢。首先，零件表层的碳含量增加。淬火后表层硬度高，而芯部仍保持一定强度和高韧塑性。渗碳分为整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时，非渗碳部位应采取防渗措施（镀铜或防渗材料）。由于渗碳淬火变形大，渗碳深度一般在0.5～2mm之间，渗碳工艺一般安排在半精加工和精加工之间。
其工艺路线一般为：下料-锻造-正火-粗、半精-渗碳-淬火-精整。
当局部渗碳件的非渗碳部分采用增加余量后切除多余渗碳层的工艺方案时，应在渗碳后淬火前安排好切割超渗碳层的工艺。
（3）渗氮处理
渗氮是将氮原子渗透到金属表面以获得一层含氮化合物的过程。渗氮层能提高零件的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。由于渗氮温度低、变形小、渗氮层薄（一般不大于0.6～0.7mm），渗氮工艺应尽量往后排。为了减少渗氮过程中的变形，切削后一般需要高温回火消除应力。
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