Различают термическую и химико-термическую обработку материалов.
Термическая обработка. Для придания стали определенных свойств (высокой прочности, пластичности и т. д.) выполняют термическую обработку заготовок или готовых деталей, которая состоит из трех последовательных стадий: нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре в течение определенного времени и охлаждения с заданной скоростью. Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг заключается в нагреве деталей до определенной температуры (800…900°С) и затем медленном охлаждении вместе с остывающей печью. Проводят его для снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием, а также для снятия остаточных напряжений в конструкциях после сварки или черновой обработки резанием.
Нормализация отличается от отжига медленным охлаждением на воздухе. Ее применяют для получения однородной структуры с более высокой твердостью и прочностью, исправления структуры сварных швов, улучшения обрабатываемости резанием низко- и среднеуглеродистых сталей.
Закалка заключается в нагреве детали до температуры превращений, при которой изменяется структура зерен материала, а затем быстрого охлаждения в воде, масле или соли. В результате металл приобретает мелкозернистую однородную структуру с высокой твердостью, прочностью, износостойкостью. Широко используется поверхностная закалка, при которой поверхностный слой детали (зубья колес, кулачки, валы и т. д.) нагревают токами высокой частоты или электронным лучом, а затем быстро охлаждают и получают мелкозернистую структуру поверхностного слоя детали заданной величины. Такая поверхность износостойкая и имеет высокую прочность.
Отпуск — нагрев до температуры ниже интервала превращения, выдержка и последующее охлаждение для повышения вязких свойств, улучшения обрабатываемости резанием. Отпуск применяется обычно после закалки и нормализации.
Химико-термическая обработка применяется для изменения химического состава поверхностных слоев, что позволяет получить после термообработки мелкозернистую структуру, высокую твердость, прочность и износостойкость. Существуют ряд способов такой обработки: цементация – насыщение поверхностных слоев стали углеродом; азотирование – насыщение азотом; цианирование – одновременное насыщение углеродом и азотом; борирование — насыщение бором и другими элементами. Глубина насыщения 0,2 – 1 мм.
Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистых легированных сталей, азотированию – высокоуглеродистые легированные стали, цианированию – качественные углеродистые стали.
В последние годы широкое распространение получает обработка поверхностей деталей концентрированными потоками энергии (лазерная, плазменная), которые существенно повышают прочность и износостойкость поверхностных слоев деталей.