相信很多人或多或少听说过热处理，但对于非专业人士来说热处理究竟是什么，对金属材料有哪些影响可能就不是很清楚了。
热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺，主要分为三大类，分别是：表面热处理、整体热处理和化学热处理。简单理解热处理就是一种加工工艺，目的是获得想要的组织和性能。
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既然是加工工艺，那就需要一定的手段来实现，它们就是行业俗称的“四把火”：退火、正火、淬火、回火。
将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却的热处理工艺。退火温度一般在Ac1（相图中PSK线）-Ac3（相图中GS线）之间。
将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。正火温度一般为Ac3温度以上30〜50℃。
将工件加热Ac1-Ac3 ，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却的热处理工艺。
将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却的热处理工艺。
根据“四把火”的定义我们可以看出它们之间的区别主要在于冷却速度。由过冷奥氏体等温转变图我们可以看出，在不同的保温温度和冷却速度下得到的组织结构有很大的不同。冷却温度从高到底依次得到：珠光体、贝氏体、马氏体，对应的材料硬度则依次升高，所以不同的热处理手段最终得到的材料组织结构和物理性能都有很大的区别。
上面介绍了热处理的相关原理，那实际的应用范围又是什么样的呢？正火的目的与退火相似，具体应用如下：
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对于含碳量低于0.25%的低碳钢，用正火代替退火。有利于提高钢的切削加工性和冲压件的冷变形能力，在保持良好韧塑性的同时提高低碳钢强度。此时钢的正火温度应提高到Ac3+(100 ～ 150℃) 为宜，通常称高温正火；
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对于含碳量在0.25%～0.5%范围内的中碳钢，如35#、45#钢也适用于正火代替退火。硬度较低碳钢稍高，但仍能进行切削加工，成本低，生产率高。但对同样含碳量的合金钢如5CrMnMo、38CrMoAl等在正火处理后还需进行去应力退火；
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对于含碳量在0.5%～0.75%范围内的钢材，因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；
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含碳量在0.75%以上的高碳钢或工具钢一般采用球化退火作为预备热处理，然后进行正火或淬火。
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对于性能要求不高的普通结构零件，可以用正火作为最终热处理，来提高力学性能。
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对某些大型重型钢件以及形状复杂、截面有急剧变化的钢件应用正火处理来代替淬火处理，以免发生严重变形或开裂。
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工具钢、轴承钢、渗碳零件或高强度耐磨件用淬火+150-250℃低温回火提高硬度和耐磨性，同时显著降低淬火应力和脆性；
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弹簧钢、热锻模具用淬火+300-500℃中温回火显著提高弹性极限，提高轻度硬度的同时保持良好的韧性和塑性；
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中碳钢（如45#）、合金结构钢制作的重要机器零件一般进行淬火+500-650℃高温回火得到强韧结合的综合力学性能，提高强度并能承受冲击和交变负荷的能力，主要应用于发动机曲轴、连杆、机床主轴和齿轮等；
回火时间：在各个回火温度下，硬度变化最剧烈的时间一般在最初的0.5h内，回火时间超过2h后，硬度变化很小。因此，生产上一般工件的回火时间为1-2h。
回火后的冷却温度：工件回火后一般在空气中冷却。一些重要的机器零件和工具、模具，为了防止重新产生内应力和变形、开裂，通常都采用缓慢冷却的方式。对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。
从热处理的原理及工艺手段来看不会影响材料的化学成分，只改变材料内部的组织结构。具体到光谱分析来说，由于在热处理过程中C的存在形式可能会发生石墨和渗碳体之间的转变，最终光谱分析结果会存在一定的变化，但是这个变化的幅度相对而言是很小的。
理论上正火或淬火不会使样品中的碳含量降低，但是实际遇到的很多客户反应淬火后碳含量降低很多是什么原因呢？是因为回火、淬火温度过高或者保温时间过长会导致样品表层氧化脱碳，形成脱碳层，最终导致样品表面碳含量降低，芯部碳含量不变。在这种情况下如果需要进行光谱分析，建议把表面处理得相对深一些比较好。
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