熱處理技術可以改變金屬的結構性能，包括強度、硬度、韌性、機械加工性、成型性、延展性和彈性。 在汽車、航天航空、液壓、醫療和消費品行業產品上使用的精密零部件，熱處理工藝顯得非常重要。 精密加工零件最常用的金屬硬化有6 種類型，包括: 退火、正火、淬火、回火、表面硬化和深冷處理。

退火是一種熱處理方法，其中將鋁、銅、鋼、鐵或黃銅等金屬加熱到特定溫度，在該溫度下保持一段時間以使其發生轉變，然後進行空氣冷卻。 這個過程增加了金屬的延展性並降低了硬度，使金屬更易加工。 黃銅可以快速或緩慢地冷卻，而鋼等黑色金屬必須逐漸冷卻以進行退火。 在加工金屬之前可以使用退火以提高其穩定性，使較硬的材料不太可能開裂或斷裂。

正火是鋼的一種退火工藝，它被加熱到比退火高 150-200°F 並在臨界溫度下保持足夠長的時間以發生轉變。 以這種方式處理的鋼必須進行空氣冷卻。 正火熱處理產生更小的奧氏體晶粒，而空冷產生更細化的鐵素體晶粒。 該工藝提高了鋼的機械加工性、延展性和強度。 標準化也有助於消除在零件鑄造過程中可能發生的柱狀晶粒和樹枝狀偏析。

淬火是使鋼強化的基本手段之一﹐將鋼淬火成馬氏體﹐隨後回火以提高韌性﹐是使鋼獲得高綜合機械性能的傳統方法。為了充分發掘鋼的強度﹐必須首先使鋼完全轉變成馬氏體﹐即必須以足夠快的速率冷卻﹐避免奧氏體在淬火過程中分解成鐵素體﹑珠光體或貝氏體一類組織﹐這一速率稱為臨界冷卻速率﹐一般也稱作臨界冷卻速度。有些高合金鋼如沉澱硬化型不鏽鋼(17-4PH鋼等)﹐或有色金屬如硬鋁合金(Al-Cu-Mg系合金)等﹐也都進行類似淬火的快冷處理﹐但它們的目的是為了把高溫相(分別為奧氏體和固溶體)保持到室溫﹐使其呈過飽和狀態﹐以後需另通過時效處理才能使材料硬化﹐這類淬火稱為固溶熱處理。

回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下的適當溫度，保持高溫加熱1到2小時後冷卻。經過回火，鋼的結構趨於穩定，其脆性降低，韌性與塑性提高。回火往往與淬火相伴，並且是熱處理的最後一道工序，能消除或者減少淬火應力，穩定鋼的形狀與大小，防止淬火零件變形和開裂。高溫回火還可以改善切削加工性能。

表面硬化是一種使金屬工件的表面硬化，而且內部仍維持其韌性特性的金屬製程。表面硬化後，會在工件表面形成一層由較堅硬的金屬形成的「外殼」。含碳量低的鐵或是鋼，本身的可硬化性很低，表面硬化製程會將碳或氮用擴散方式進入表層。

深冷處理是一種零度以下的熱處理工藝，主要用於降低合金鋼和高碳鋼並保留其奧氏體含量。冷處理所涵蓋的溫度範圍大約為0°C至80°C，低於此溫度則被視為低溫或深低溫處理。經過深冷處理後，金屬零部件將可以增加強度及結構穩定性，改善耐磨性，並消除殘餘應力。對鋼鐵類零部件的功能結構有很大的好處。