热处理是通过对金属材料进行加热、保温、冷却的工艺操作，改变材料内部组织与性能（如强度、硬度、韧性、耐磨性等）的技术手段，根据工艺目的和效果不同，主要分为以下几类核心手段：
一、退火：软化材料，消除内应力
退火是将金属缓慢加热至特定温度（通常低于相变点），保温后随炉缓慢冷却的工艺，核心目的是降低硬度、消除内应力、细化晶粒，便于后续加工或改善性能。
完全退火：用于亚共析钢（如 45 钢），加热至 Ac3 以上 30-50℃，使钢完全奥氏体化后缓冷，获得均匀的铁素体 + 珠光体组织，降低硬度（如 45 钢退火后硬度从 220HB 降至 180HB 以下）。
球化退火：用于共析钢、过共析钢（如 T10 钢、轴承钢 GCr15），加热至 Ac1 以上 20-40℃，保温后缓冷，使片状渗碳体转化为球状，降低硬度并改善切削性能（如 T10 钢球化后硬度≤190HB，切削刀具寿命提升 20%）。
去应力退火：用于焊接件、冷加工件（如冷轧钢板、焊接车架），加热至 500-650℃（低于 Ac1），保温后缓冷，消除加工或焊接产生的内应力（可降低内应力 60%-80%），避免后续变形开裂。
二、正火：细化组织，均匀性能
正火是将金属加热至 Ac3（亚共析钢）或 Accm（过共析钢）以上 30-50℃，保温后在空气中冷却的工艺，冷却速度比退火快，核心目的是细化晶粒、均匀组织、消除网状碳化物。
适用场景：改善铸件的粗大组织（如铸铁退火后珠光体粗大，正火后珠光体细化，强度提升 10%-15%）；消除过共析钢的网状渗碳体（如 T12 钢正火后网状碳化物被打碎，为球化退火做准备）；对不重要的零件可替代退火，缩短生产周期。
三、淬火 + 回火：强化材料，平衡性能
这是 **“淬火” 与 “回火” 联合使用 ** 的工艺，通过淬火获得高强度、高硬度的马氏体组织，再通过回火消除淬火应力，调整硬度与韧性的平衡，是提升钢强度*核心的手段。
淬火：将钢加热至 Ac3 或 Ac1 以上 30-50℃，保温后快速冷却（水淬、油淬、盐浴淬等），使奥氏体转化为马氏体，硬度大幅提升（如 40Cr 钢淬火后硬度从 200HB 升至 55HRC 以上）。
回火：淬火后钢件加热至 Ac1 以下温度（150-650℃），保温后冷却，按温度分为：
低温回火（150-250℃）：用于刀具、轴承（如高速钢刀具），保留高硬度（58-62HRC），消除部分应力，减少脆性。
中温回火（350-500℃）：用于弹簧、模具（如汽车板簧），获得较高弹性极限（σe≥800MPa），硬度 25-40HRC。
高温回火（500-650℃）：用于轴类、齿轮（如机床主轴），获得 “强韧性平衡”（抗拉强度 800-1000MPa，硬度 20-30HRC），又称 “调质处理”。
四、表面淬火：局部强化表面
表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺，使表层获得高硬度、高耐磨性，芯部保持韧性，适用于轴类、齿轮等 “表面耐磨、芯部抗冲击” 的零件。
感应加热表面淬火：利用电磁感应使工件表层产生涡流发热（2-5 秒内升温至 Ac3 以上），随后喷水冷却，表层形成马氏体（硬度 50-60HRC），淬硬层深度 0.5-5mm（如汽车齿轮齿面淬火）。
火焰加热表面淬火：用氧 - 乙炔火焰快速加热工件表层，再喷水冷却，设备简单但精度较低，适用于大型件（如轧辊表面淬火）。
五、化学热处理：改变表层化学成分
通过将工件置于特定介质中加热，使一种或多种元素（碳、氮、硼等）渗入表层，改变表层化学成分与组织，实现 “表面强化” 或 “防腐” 等功能。
渗碳：低碳钢（如 20CrMnTi）在 900-950℃通入渗碳介质（如丙烷），表层碳含量升至 0.8%-1.2%，淬火 + 低温回火后表层硬度 58-62HRC，耐磨性提升 3-5 倍（如汽车变速箱齿轮）。
渗氮：工件（如 38CrMoAl 钢）在 500-560℃通入氨气（NH₃），氮原子渗入表层形成氮化物，硬度达 800-1000HV（远高于淬火硬度），耐磨性、耐腐蚀性显著提升（如精密机床主轴、模具）。
渗硼：工件在 800-950℃通入含硼介质，表层形成硼化物（如 FeB、Fe₂B），硬度 1200-2000HV，适用于要求极高耐磨性的零件（如推土机履带板）。
六、时效处理：强化有色金属
主要用于铝合金、镁合金等有色金属，通过加热保温使强化相析出，提升材料强度（类似钢的回火，但机制不同）。
自然时效：铝合金固溶处理后，在室温下放置（如 6061 铝合金放置 4-7 天），GP 区（溶质原子聚集区）自然析出，强度从 110MPa 升至 240MPa。
人工时效：固溶处理后加热至 120-200℃保温（如 7075 铝合金 120℃保温 24 小时），加速强化相（如 η' 相）析出，强度可达 500MPa 以上（航空航天领域常用）。
