为使金属工件具备所必须的力学性能、物理性能和化学性能，除合理搭配材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用于最广的材料，钢铁显微镜的组织简单，可以通过热处理不予掌控，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理转变其力学、物理和化学性能，以取得有所不同的使用性能。热处理一般不转变工件的形状和整体的化学成分，而是通过转变工件内部的显微镜的组织，或转变工件表面的化学成分，彰显或提高工件的使用性能。其特点是提高工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看见的。
热处理的起到就是提升材料的机械性能、避免瓦解形变和提高金属的工件加工性。按照热处理有所不同的目的，热处理工艺可分成两大类：以备热处理和最后热处理。1.以备热处理以备热处理的目的是提高加工性能、避免内应力和为最后热处理打算较好的金相的组织。其热处理工艺有热处理、正火、时效、调质等。
1）热处理和正火热处理和正火用作经过热加工的毛坯。含碳量小于0.5%的碳钢和合金钢，为减少其硬度更容易工件，经常使用热处理处置；含碳量高于0.5%的碳钢和合金钢，为防止其硬度过较低工件时粘刀，而使用正火处置。热处理和正火尚能能细化晶粒、均匀分布的组织，为以后的热处理作准备。热处理和正火经常决定在毛坯生产之后、粗加工之前展开。
2）时效处理时效处理主要用作避免毛坯生产和机械加工中产生的内应力。为防止过多运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前决定一次时效处理才可。
但精度拒绝较高的零件（如座标镗床的箱体等），不应决定两次或数次时效处理工序。非常简单零件一般可不展开时效处理。除铸件外，对于一些刚性较好的仪器零件（如仪器丝杠），为避免加工中产生的内应力，平稳零件加工精度，经常在粗加工、半精加工之间决定多次时效处理。有些轴类零件加工，在校平工序后也要决定时效处理。
3）调质调质即是在淬火后展开高温回火处置，它能取得均匀分布精细的回火索氏体的组织，为以后的表面淬火和渗氮处置时增加变形作准备，因此调质也可作为以备热处理。由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性拒绝不高的零件，也可作为最后热处理工序。2.最后热处理最后热处理的目的是提升硬度、耐磨性和强度等力学性能。
1）淬火淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、水解及脱碳较小而应用于很广，而且表面淬火还具备外部强度低、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、外用冲击力强劲的优点。
为提升表面淬火零件的机械性能，经常须要展开调质或正火等热处理作为以备热处理。其一般工艺路线为：下漆--切削--正火（热处理）--粗加工--调质--半精加工--表面淬火--精加工。
2）渗碳淬火渗碳淬火限于于低碳钢和低合金钢，再行提升零件表层的含碳量，经淬火后使表层取得低的硬度，而心部仍维持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采行防渗措施（镀铜或镀防渗材料）。
由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.5~2mm之间，所以渗碳工序一般决定在半精加工和精加工之间。其工艺路线一般为：下漆-切削-正火-细、半精加工-渗碳淬火-精加工。
当局部渗碳零件的不渗碳部分使用增大余量后，手术多余的渗碳层的工艺方案时，手术多余渗碳层的工序不应决定在渗碳后，淬火前展开。3）渗氮处置渗氮是使氮原子渗透到金属表面取得一层不含氮化合物的处置方法。
渗氮层可以提升零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处置温度较低、变形小、且渗氮层较薄（一般不多达0.6~0.7mm），渗氮工序不应尽可能靠后决定，为增大渗氮时的变形，在工件后一般须要展开避免形变的高温回火。
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