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熱處理工藝一般包括三個工藝：加熱、保溫和冷卻，有時只有兩個工藝：加熱和冷卻。這些過程相互連接，不間斷。加熱是熱處理的重要過程之一。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，經常氧化脫碳（即鋼零件表面碳含量降低），對熱處理后零件的表面性能有非常不利的影響。因此，金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛、熔融鹽和真空中加熱，或涂層或包裝方法。

加熱溫度是熱處理過程中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。加熱溫度因金屬材料和熱處理的目的而異，但一般加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。此外，變化需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到所需的加熱溫度時，必須保持一定的溫度，使內外溫度一致，使顯微組織完全轉變，稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度非常快，一般沒有保溫時間，化學熱處理的保溫時間往往較長。

冷卻也是熱處理過程中不可缺少的一步。冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般來說，退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度更快，淬火的冷卻速度更快。但由于鋼種不同，也有不同的要求。例如，空硬鋼可以用正火相同的冷卻速度進行淬硬。

金屬熱處理工藝一般可分為三類：整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理。根據不同的加熱介質、加熱溫度和冷卻方法，每個類別可分為幾種不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可以獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼是工業上應用最廣泛的金屬，鋼顯微組織也是最復雜的，因此鋼熱處理工藝種類繁多。

整體熱處理是一種金屬熱處理工藝，對工件進行整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學性能。鋼的整體熱處理大致包括退火、正火、淬火和回火。

退火是將工件加熱到適當的溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后緩慢冷卻，使金屬內部組織達到或接近平衡狀態，獲得良好的工藝性能和使用性能，或為進一步淬火做準備。正火是將工件加熱到適當的溫度，然后在空氣中冷卻。正火的效果類似于退火，但組織更薄，通常用于提高材料的切削性能，有時用于對一些要求較低的零件進行最終熱處理。

淬火是在水、油或其他無機鹽、有機水溶液等淬火介質中快速冷卻工件的加熱和保溫。淬火后，鋼變硬，但同時變脆。為了降低鋼件的脆性，淬火鋼件在高于室溫且低于650℃的適當溫度下長時間保溫，然后冷卻，稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的四火，其中淬火與回火密切相關，經常配合使用，缺一不可。