根據(jù)GB／T 12603-2005《金屬熱處理分類及代號》標(biāo)準(zhǔn)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。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)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(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，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(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)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(zhǔn)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，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善低碳材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。
回火是淬火后鋼件變硬，但同時變脆，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(dāng)溫度進(jìn)行長時間的保溫，再進(jìn)行冷卻的工藝。
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”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝，例如如下熱處理工藝。
調(diào)質(zhì)是為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的熱處理工藝。
時效處理是某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等的熱處理工藝。
形變熱處理是把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進(jìn)行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法的熱處理工藝。
真空熱處理是在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理工藝，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。
通過對工件表面的加熱、冷卻而改變表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能，廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。表面淬火是表面熱處理的主要內(nèi)容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內(nèi)應(yīng)力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。
通過不同的熱源對工件進(jìn)行快速加熱，當(dāng)零件表層溫度達(dá)到臨界點以上（此時工件心部溫度處于臨界點以下）時迅速予以冷卻，這樣工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。為了達(dá)到只加熱工件表層的目的，要求所用熱源具有較高的能量密度。根據(jù)加熱方法不同，表面淬火可分為感應(yīng)加熱（高頻、中頻、工頻）表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束表面淬火等。工業(yè)上應(yīng)用最多的為感應(yīng)加熱和火焰加熱表面淬火。
另一方面表面熱處理還包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積等。
化學(xué)熱處理是利用化學(xué)反應(yīng)、有時兼用物理方法改變鋼件表層化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)，以便得到比均質(zhì)材料更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的金屬熱處理工藝。由于機(jī)械零件的失效和破壞大多數(shù)都萌發(fā)在表面層，特別在可能引起磨損、疲勞、金屬腐蝕、氧化等條件下工作的零件，表面層的性能尤為重要，經(jīng)化學(xué)熱處理后的鋼件，實質(zhì)上可以認(rèn)為是一種特殊復(fù)合材料。心部為原始成分的鋼，表層則是滲入了合金元素的材料，心部與表層之間是緊密的晶體型結(jié)合，它比電鍍等表面復(fù)護(hù)技術(shù)所獲得的心、表部的結(jié)合要強得多。
化學(xué)熱處理的方法繁多，多以滲入元素或形成的化合物來命名，例如滲碳、滲氮、滲硼、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲硅、碳氮共滲、氧氮化、硫氰共滲和碳、氮、硫、氧、硼五元共滲，及碳（氮）化鈦覆蓋等。
