金属热处理工装可分为三类:整体热处理、表面热处理和化学热处理。根据加热介质、加热温度和冷却方式的不同，每一类都可以分为几种不同的热处理工装。对同一种金属采用不同的热处理工装可以获得不同的组织和性能。钢铁在工业中应用广泛，其显微组织复杂，因此钢铁的热处理工装有很多种。

整体热处理是将整个工件加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体机械性能的金属热处理工装。钢铁的整体热处理有四个基本过程:退火、正火、淬火和回火。

退火是将工件加热到合适的温度，根据工件的材料和尺寸采用不同的保温时间，然后缓慢冷却，使金属内部结构达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火做准备。

正火是将工件加热到合适的温度，然后在空气中冷却。正火效果类似于退火，只是得到的显微组织更细小，常用于改善低碳材料的切削性能，有时也作为一些要求不高的零件的ZI终热处理。

淬火是将工件加热保温，然后在水、油、其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却。淬火后，钢零件变得坚硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件长期保持在高于室温、低于650℃的适当温度下，然后冷却。这个过程叫回火。退火、正火、淬火、回火是整个热处理中的“四火”，其中淬火和回火关系密切，经常一起使用，缺一不可。

随着加热温度和冷却方式的不同，“四火”演变出了不同的热处理工装。为了获得一定的强度和韧性，高温调质结合的过程称为调质。一些合金淬火形成过饱和固溶体后，在室温或稍高的温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或磁性。这种热处理过程称为时效处理。

将压力加工变形和热处理有效而紧密地结合起来，使工件获得良好的强度和韧性协调的方法称为形变热处理。在负压气氛或真空中进行热处理，称为真空热处理，既能使工件不氧化脱碳，保持工件表面光滑，提高工件性能，又能引入渗剂进行化学热处理。

表面热处理是一种金属热处理工装，只对工件表面进行加热，改变其表面力学性能。为了只加热工件的表层而不将过多的热量传递到工件中，所用的热源必须具有较高的能量密度，即每单位面积给予工件较大的热能，使工件的表层或部分能在短时间内或瞬间达到高温。表面热处理的主要方法是火焰淬火和感应加热。常见的热源有氧乙炔或氧丙烷火焰、感应电流、激光和电子束。

化学热处理是通过改变工件表面的化学成分、微观结构和性能来进行金属热处理的过程。化学热处理和表面热处理的区别在于后者改变了工件表面的化学成分。化学热处理是在含有碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中对工件进行加热，并长时间保持该温度，使工件表面渗入碳、氮、硼、铬等元素。元素渗入后，有时会进行淬火和回火等其他热处理工装。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮和金属渗透。