焼きなましとは、金属（通常は鋼）を再結晶点以上の温度まで加熱し、内部応力を低減させた状態で結晶構造を再形成させる処理である。この温度で材料を保持することで原子の十分な拡散を促し、より柔らかく延性のある相の形成を促進する。その後、応力の発生を防ぐため、多くの場合炉内でゆっくりと冷却する。この制御された冷却によって結晶粒構造が微細化され、硬度が最小限に抑えられ、延性が向上するため、金属は割れることなく機械加工、成形、加工が容易になる。.

焼きならし処理では、鋼をその臨界変態温度範囲をわずかに超える温度まで加熱して完全にオーステナイト化させた後、自然空冷します。焼きなましに比べて冷却速度が速いため、より微細で均質なパーライト組織またはフェライト組織が得られます。その結果、靭性、強度、耐摩耗性が向上し、脆性が低減されます。焼きならし処理された部品は均一で微細な結晶粒構造を持つため、機械的特性の一貫性が向上し、衝撃や応力を受ける部品に適しています。.

焼入れとは、材料（通常は鋼）をオーステナイト化温度以上に加熱した後、急速に冷却して硬いマルテンサイト組織を固定する処理です。この処理では、加熱した材料を油、水、ポリマー溶液などの冷却媒体に浸漬して温度を急速に下げます。この急速冷却により、炭素原子が格子内に閉じ込められ、過飽和で高硬度の構造が形成され、強度と耐摩耗性が大幅に向上します。しかし、焼入れ処理によって内部応力が発生し、材料が脆くなるため、硬度と延性のバランスを取るために、多くの場合、追加の焼き戻し処理が必要となります。.

焼き戻しは、焼入れされた金属、特にマルテンサイト鋼の硬度を調整し、脆性を低減するために用いられます。焼入れされた金属を臨界変態点以下の温度まで再加熱し、一定時間保持した後、冷却します。この制御された加熱により、炭素原子が部分的に拡散し、内部応力が緩和され、微細構造が微細化されます。焼き戻しは靭性を高め、耐亀裂性を向上させると同時に、焼入れによって得られた強度の大部分を保持するため、高強度用途に適しています。.

浸炭、窒化、高周波焼入れなどの表面硬化処理は、材料の表面硬度を高めつつ、内部の靭性と延性を維持することを目的としています。浸炭と窒化では、表面に炭素または窒素を濃縮し、これらが外層に浸透して、制御された熱にさらされることで硬化層を形成します。一方、高周波焼入れでは、電磁誘導によって表面を急速に加熱した後、急冷します。表面硬化は、歯車やカムシャフトなど、表面に高い耐摩耗性が求められる一方で、衝撃を吸収する延性のある内部構造が必要な部品に最適です。.

時効処理、特に析出硬化型合金（アルミニウム合金やチタン合金など）においては、合金を高温に加熱して二次相の制御された析出を促す処理が行われます。この相分離によって結晶粒内に障害物が形成され、析出硬化によって硬度と強度が向上します。時効処理は、自然発生（室温で起こる）または人工発生（加熱によって促進される）のいずれかで行われます。その結果、引張強度や安定性などの機械的特性が大幅に向上するため、時効処理された合金は、航空宇宙や自動車製造といった要求の厳しい用途における構造部品として非常に適しています。.