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金属热处理工艺种类繁多，按处理方式可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。整体热处理是对工件整体进行加热和冷却，包括退火、正火、淬火和回火等基础工艺。退火能消除材料内部应力，改善加工性能；正火可细化晶粒，使组织均匀；淬火能大幅提高材料硬度，回火则能降低淬火后的脆性，两者结合形成“淬火+回火”的经典工艺组合，广泛应用于机械零件加工。
表面热处理专注于提升工件表层性能，常见的感应加热表面淬火、火焰淬火等工艺，能让齿轮、轴类等零件表面获得高硬度，同时保持芯部韧性。化学热处理则通过将碳、氮等元素渗入金属表层，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等，显著增强材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，汽车变速箱齿轮经渗碳处理后，使用寿命可延长3-5倍。
