熱處理加工是一種重要的金屬熱加工工藝，通過加熱、保溫和冷卻等手段，以改變材料表面或內部的金相組織結構，從而控制其性能。

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熱處理是指將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相組織結構，來控制其性能的一種工藝，鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，其顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制。此外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能。
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：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，早期采用木炭和煤作為熱源，后來應用液體和氣體燃料。隨著電的應用，加熱變得易于控制，且無環境污染。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。
保溫：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。轉變需要一定的時間，因此保溫是熱處理過程中不可或缺的一步。
冷卻：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。