退火是將金屬（通常是鋼）加熱到高於其再結晶點的溫度，使其晶體結構重新形成，從而降低內部應力。材料在該溫度下保持一段時間，以確保原子充分擴散，促進形成更柔軟、更具延展性的相。然後，材料緩慢冷卻（通常在爐內進行），以避免引入新的應力。這種可控冷卻方式能夠細化晶粒結構，降低硬度，提高延展性，使金屬更易於加工、成型或加工，不易開裂。.

在正火處理過程中，鋼材被加熱到略高於其臨界轉變溫度的溫度，使其完全奧氏體化，然後在空氣中冷卻。與退火相比，這種更快的冷卻速度能夠形成更細小、更均勻的珠光體或鐵素體組織。其結果是韌性、強度和耐磨性提高，脆性降低。正火後的零件具有均勻的細晶組織，這增強了機械性能的一致性，特別有利於承受衝擊和應力的部件。.

淬火是指將材料（通常是鋼）加熱到奧氏體化溫度以上後，迅速冷卻，從而形成堅硬的馬氏體組織。該過程包括將加熱後的材料浸入冷卻介質中，例如油、水或聚合物溶液，以快速降低其溫度。這種快速冷卻會將碳原子捕獲在晶格內，形成過飽和的高硬度組織，顯著提高強度和耐磨性。然而，淬火過程會引入內應力，使材料變得更脆，因此通常需要進行回火處理以平衡硬度和延展性。.

回火用於調整淬火金屬（尤其是馬氏體鋼）的硬度並降低其脆性。淬火後的金屬被重新加熱到低於其臨界轉變溫度的溫度，並保溫特定時間，然後冷卻。這種可控加熱方式能夠使碳原子部分擴散，從而消除內應力並細化微觀結構。回火可以提高韌性並增強抗裂性，同時保留淬火所獲得的大部分強度，使其適用於高強度應用。.

表面硬化工藝，例如滲碳、滲氮和感應淬火，旨在提高材料表面的硬度，同時保持其韌性良好的芯部。在滲碳和滲氮製程中，碳或氮會滲入材料表面，並在受控加熱條件下形成硬化層。而感應淬火則是利用電磁感應快速加熱表面，然後進行淬火。表面硬化製程非常適合那些表面需要高耐磨性，同時又需要韌性芯部來吸收衝擊的零件，例如齒輪和凸輪軸。.

時效處理，尤其是在沉澱硬化合金（例如鋁合金和鈦合金）中，是指將合金加熱到高溫，以控制第二相的沉澱。這種相分離會在晶粒結構中形成障礙，透過沉澱硬化來提高合金的硬度和強度。時效處理過程可以是自然的（在室溫下進行），也可以是人工的（透過加熱加速）。其結果是顯著改善合金的機械性能，例如抗拉強度和穩定性，使得時效處理後的合金非常適合用於航空航天和汽車製造等高要求應用領域的結構件。.