金屬熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷。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，早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱.金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護加熱。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(zhì)量的主要問(wèn)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。另外轉變需要一定的時(shí)間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(cháng)。
       冷卻也是熱處理工藝過(guò)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慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。
       金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類(lèi)。根據加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應用廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。
       鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火是將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織細，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對一些要求不高的零件作為熱處理。
       淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當溫度進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”隨著(zhù)加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來(lái)的工藝，稱(chēng)為調質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長(cháng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理。