金属热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可通过熔融的盐或金属，以致浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化，脱碳（即钢铁零件便面碳含量减低），这对于热处理后零件的便面性能有不利影响。因而金属通常在可控气氛或保护气氛中熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要工作，加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。
另外转变需要一定的时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却液是热处理工艺中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种的不同而有不同的要求，如空硬钢就可以用正火一样冷却速度进行淬硬。
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