熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。
       金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。
       加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。
       冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
       金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。
       整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
       退火是將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善低碳材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
       淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。
       “四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。
       把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。
       表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。
       化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?；瘜W熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。
       模具的制造精度：組織轉變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應力過大造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過程中的變形，從而降低模具的精度，甚至報廢。
       模具的強度：熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設備狀態(tài)不完好，造成被處理模具強度(硬度)達不到設計要求。
       模具的工作壽命：熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等，導致主要性能如模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降，影響模具的工作壽命。
       模具的制造成本：作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數情況下會使模具報廢，即使通過修補仍可繼續(xù)使用，也會增加工時，延長交貨期，提高模具的制造成本。
       正是熱處理技術與模具質量有十分密切的關聯性，使得這二種技術在現代化的進程中，相互促進，共同提高。近年來，國際模具熱處理技術發(fā)展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和模具材料的預硬化技術。羅百輝介紹說，熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。它可以控制工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕、磁性能等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態(tài)，以利于進行各種冷、熱加工。例如白口鑄鐵經過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經過熱處理方可使用。
       1.物理冶金基礎研究成就突出
       上海交通大學開發(fā)了金屬相變理論和強韌化機理的研究，對馬氏體、貝氏體的組織形態(tài)、精細結構、預相變機制，形狀記憶合金與超塑合金中相變機制都進行了深入研究?？刂茲B碳、滲氮和熱過程溫度、應力場的計算機模擬也是上海交通大學上世紀八十年代以來工作的突出方面。
       哈爾濱工業(yè)大學多年來在雷延權教授領導下堅持了金屬形變強化的理論和實踐的研究，對一定溫度和形變度下的金屬再結晶規(guī)律，形變熱處理後不同組織和性能之間的關系變化有許多重要結論，并在此基礎上引導和開發(fā)了一系列化學熱處理方法。形變熱處理應用的典型例子是汽輪機葉片和柴油機連桿的鍛後余熱淬火，既可節(jié)約電能，又能提高性能。哈爾濱工業(yè)大學還在金屬基復合材料、雙相鋼、銅基和鐵基形狀記憶合金和陶瓷韌化以及金屬和合金的離子鍍和離子注入等方面取得了突出成就。
       2.熱處理生產技術的進步
       深圳市模具技術學會專家委員羅百輝認為，熱處理生產技術的進步反映在滲碳技術的進步，真空熱處理技術的普及，感應加熱的廣泛應用，化學熱處理、離子熱處理、鐳射和電子束熱處理等技術均獲得成功應用，熱處理質量規(guī)范控制、熱處理專業(yè)化生產等方面均獲得迅速發(fā)展，熱處理設備制造技術水平明顯提升等。
       3.熱處理標準化工作新局面
       實行改革開放政策以前，熱處理標準的基礎是很薄弱的。改革開放以來，特別是在提出等效采用國際標準方針後，包括熱處理標準在內的標準工作出現了新的局面。政府各部門的標準化機構都設專人負責熱處理標準化工作。
       經過近30年的努力，已制修訂出76項國標和行標。其中絕大部分內容是熱處理通用技術標準和工藝標準，不包括產品質量標準，大多數是國標的熱處理通用技術標準使得在國內和國際貿易談判中對金屬材料經熱處理後的組織和性能有了一個能公認的品質優(yōu)劣的判據，產品的質量檢驗方法也有了一個共同的準繩。新制訂的熱處理工藝標準可用來嚴格控制生產條件(設備儀表精度、可靠性與維護、溫度、爐氣、加熱和冷卻介質等)，是實現熱處理生產全面質量管理的有效措施。
       近幾年由全國熱標委會組織開展的針對熱處理專業(yè)廠的達標驗收活動提高了企業(yè)貫徹熱處理標準的積極性，改善了企業(yè)的生產管理和質量管理、提高了企業(yè)的信譽、效益和核心競爭能力。