熱處理的作用就是提高材料的力學性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和蕞終熱處理。
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預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為蕞終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理;含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
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為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件(如座標鏜床的箱體等)，應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
除鑄件外，對于一些剛性較差的精密零件(如精密絲杠)，為消除加工中產生的內應力，穩定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時效處理。
調質即是在淬火后進行高溫回火處理，它能獲得均勻細致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準備，因此調質也可作為預備熱處理。
由于調質后零件的綜合力學性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為蕞終熱處理工序。
蕞終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強度等力學性能。
淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應用較廣，而且表面淬火還具有外部強度高、耐磨性好，而內部保持良好的韌性、抗沖擊力強的優點。為提高表面淬火零件的機械性能，常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理。其一般工藝路線為：下料鍛造→正火(退火)→粗加工→調質→半精加工→表面淬火→精加工。
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施(鍍銅或鍍防滲材料)。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。其工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗、半精加工→滲碳淬火→精加工。當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄(一般不超過0.6~0.7mm)，滲氮工序應盡量靠后安排，為減小滲氮時的變形，在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。
