金屬熱處理是將金屬工件放在介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一段的時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用逐漸被人們認識。早在公元前770年至公元前222年，在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現，銅鐵的性能會(huì )隨溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農具的重要工藝。
          公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為增加鋼的硬度，淬火工藝便得到發(fā)展。河北省易縣燕下都出土的兩劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明其經(jīng)過(guò)了淬火熱處理。
          隨著(zhù)淬火的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說(shuō)明在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。
          1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明鋼在加熱和冷卻時(shí)，內部會(huì )發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構理論，以及英國人奧斯汀制定的鐵碳相圖，為現代熱處理工藝初步奠定了理論基礎。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理過(guò)程中對金屬的保護方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。