热处理工艺一般包括三个工艺：加热、保温和冷却，有时只有两个工艺：加热和冷却。这些过程相互连接，不间断。加热是热处理的重要过程之一。

金属加热时，工件暴露在空气中，经常氧化脱碳（即钢零件表面碳含量降低），对热处理后零件的表面性能有非常不利的影响。因此，金属通常应在可控气氛或保护气氛、熔融盐和真空中加热，或涂层或包装方法。

加热温度是热处理过程中的重要工艺参数之一。选择和控制加热温度是保证热处理质量的主要问题。加热温度因金属材料和热处理的目的而异，但一般加热到相变温度以上，以获得高温组织。此外，变化需要一定的时间，因此当金属工件表面达到所需的加热温度时，必须保持一定的温度，使内外温度一致，使显微组织完全转变，称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度非常快，一般没有保温时间，化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理过程中不可缺少的一步。冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般来说，退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度更快，淬火的冷却速度更快。但由于钢种不同，也有不同的要求。例如，空硬钢可以用正火相同的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺一般可分为三类：整体热处理、表面热处理和化学热处理。根据不同的加热介质、加热温度和冷却方法，每个类别可分为几种不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可以获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢是工业上应用最广泛的金属，钢显微组织也是最复杂的，因此钢热处理工艺种类繁多。

整体热处理是一种金属热处理工艺，对工件进行整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能。钢的整体热处理大致包括退火、正火、淬火和回火。

退火是将工件加热到适当的温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后缓慢冷却，使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或为进一步淬火做准备。正火是将工件加热到适当的温度，然后在空气中冷却。正火的效果类似于退火，但组织更薄，通常用于提高材料的切削性能，有时用于对一些要求较低的零件进行最终热处理。

淬火是在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却工件的加热和保温。淬火后，钢变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，淬火钢件在高于室温且低于650℃的适当温度下长时间保温，然后冷却，称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的四火，其中淬火与回火密切相关，经常配合使用，缺一不可。