热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢材的性能，其中包括实用性能工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的过程能使钢的性能发生改变。

热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。钢的热处理基本工艺方法可分为退火，正火，淬火和回火等。

1.退火：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后以缓慢冷却的一种热处理工艺。退火的工艺种类有多种，常用的有完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火等。其目的：(1)降低硬度，改善切削加工性；(2)降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；(4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。

2.正火：将钢加热到Ac3或Acm以上30～50℃，保温一段时间出

炉空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密。其目的：(1)细化组织，消除热加工造成的过热缺陷；（2）对于低碳钢（C<0.3%），提高硬度，改善切削加工性；（3）对于中碳钢，代替调质处理；（4）对于高碳钢，消除网状碳化物，便于球化退火；（5）对于大件热处理，可代替淬火；（6）对于铸铁件，可增加基体的珠光体量，提高强度和耐磨性。

不同含碳量的碳钢在退火及正火状态下的机械性能见表1所示。 

表1碳钢在退火及正火状态下的机械性能

3.淬火：是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。碳钢淬火后的组织由马氏体和一定数量的残余奥氏体所组成。淬火的工艺种类很多，常用的有完全淬火、不完全淬火、整体淬火、局部淬火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、高频淬火和火焰淬火等。淬火的目的实际上是淬火-回火犯人共同目的：(1)提高硬度和耐磨性，如刀具、模具、轴承等零件；（2）提高弹性，如弹簧钢零件；（3）提高强韧性，如轴类、齿轮等；（4）提高耐蚀性和耐热性，如不锈钢和耐热钢零件；（5）提高硬磁性，如各种永久磁铁。

各种碳钢的临界温度列于表2。淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间和在淬火温度停留所需时间总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关。碳钢在箱式电炉中的保温时间的计算列于表3。

表2各种碳钢的临界温度（近似值）

表中A_c1、A_c3或A_ccm为加热时的临界温度; A_r1、A_r3及A_rcm为冷却时的临界温度。

表3碳钢在箱式电炉中的保温时间

4.回火：将经过淬火的工件重新加热到低于Ac1的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的热处理工艺。回火处理分三类，即低温回火（150～250℃）；中温回火（350～500℃）；高温回火（500～650℃）其目的：（1）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（2）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（3）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。表4为45钢经淬火及不同温度回火后的组织和性能，表5为几种常用的碳钢温度回火与硬度的关系。后在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度来选择回火温度。

表4 45钢经淬火及不同温度回火后的组织和性能

表5几种碳钢经不同温度回火后的硬度值（HRC）

回火保温时间与工件材料及尺寸、工艺条件等因素有关，通常采用1～3小时。由于实验试样较小，故回火保温时间可谓30分钟。回火后在空气中冷却。也可以采用经验公式近似地估算回火温度。例如45钢的回火温度经验公式为：T(℃)≈200+K(60-X)，式中：K—系数，当回火后要求的硬度>HRC30时，K=11；< HRC30时，K=12。X —所求的硬度值（HRC）。