عملیات حرارتی
عملیات حرارتی فرآیندی است که به منظور تغییر خواص فلزات طراحی شده است و هدف آن، تطبیق بهتر فلزات با موارد استفادهٔ آن‌هاست. انواع اصلی عملیات حرارتی به شکل‌های زیر می‌باشند:
• آنیل کردن
• نرمالیزاسیون (نرماله)
• سخت کاری
• برگشت دادن (تِمپِر کردن)
• کوئنچ کردن
انجام فرآیند عملیات حرارتی موجب تغییر خواص الکتریکی، مغناطیسی و ساختاری فلزات می‌شود. همان‌طور که کاربرد فلزات متفاوت است، محیط‌های متفاوت هم ویژگی‌های متفاوتی را می‌طلبند. برای مثال، در کارهای مهندسی، سختی و استحکام فلز مد نظر است، در حالی که در کارهای الکتریکی، مقاومت ویژه پایین اهمیت بیشتری دارد. چندین روش برای انجام عملیات حرارتی بر روی فلزات وجود دارد که به‌منظور تغییر خواص فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌منظور دستیابی به نتیجهٔ مطلوب، دمای گرمایش فلز و نرخ خنک سازی آن به‌طور دقیق کنترل می‌شوند.
آنیل کردن
فرایند آنیل، اغلب به منظور نرم کردن فلزهایی چون آهن، فولاد، مس، برنج و نقره استفاده می‌شود. طی این فرآیند، ابتدا فلز را تا یک دمای خاص حرارت می‌دهند و سپس می‌گذارند تا به صورت کنترل شده و به‌آرامی در دمای محیط سرد شود. آنیل کردن، خواص فیزیکی و شیمیایی محصول را تغییر می‌دهد، به‌طوری که خاصیت تورق پذیری محصول افزایش یافته و سختی آن کاهش می‌یابد.
نرمالیزاسیون (نرماله)
از فرایند نرمالیزاسیون به‌منظور یکنواخت سازی ترکیب و اندازه دانه استفاده می‌شود. فلز تا دمای از پیش تعیین شده حرارت داده می‌شود و سپس به‌وسیلهٔ هوا خنک می‌شود. فلز نهایی، عاری از هرگونه ناخالصی نامطلوب است و استحکام و سختی بیشتری را نیز از خود نشان می‌دهد. فرایند نرمالیزاسیون اغلب به‌منظور تولید یک فولاد سخت‌تر و مستحکم‌تر بکار گرفته می‌شود. معمولاً فرایند نرماله کردن بر روی موادی استفاده می‌شود که در معرض ماشین کاری هستند، چرا که این فرآیند موجب بهبود این ویژگی می‌شود.
این امر، شکل دهی، قالب گیری و فرایندهای شکل گیری و برش فلز را آسان‌تر می‌کند. همچنین، آنیل کردن موجب افزایش رسانایی الکتریکی فلز می‌شود.
سخت کاری
از فرآیند سخت کاری برای فولاد و سایر آلیاژها استفاده می‌شود تا خواص مکانیکی آن‌ها را بهبود دهند. طی فرایند سخت کاری، فلز در دمایی بالا حرارت داده می‌شود و تا زمانی که نسبتی از کربن حل نشود، این دما حفظ می‌شود. سپس فلز آبدیده می‌شود، به‌طوری که به‌سرعت درون آب یا نفت سرد می‌شود. فرایند سخت کاری موجب تولید آلیاژی می‌شود که استحکام بالایی دارد و در برابر سایش، مقاوم است.
با همهٔ این‌ها، سخت کاری موجب افزایش شکنندگی فلز نیز می‌شود که برای کاربردهای مهندسی مناسب نیست. زمانی که به سطحی محکم برای مقاومت در برابر سایش و فرسایش نیاز باشد و بخواهیم نرمی و سختی فلز را حفظ کنیم تا در برابر اصابت‌های شدید و افزایش ناگهانی بار مقاومت کند، از سخت کاری سطحی استفاده می‌کنیم.
برگشت دادن (تِمپِر کردن)
زمانی از فرایند تِمپِر کردن استفاده می‌کنیم که نرمی و تورق پذیری فولاد و به‌طور کلی چقرمگی برای ما حائز اهمیت باشند. فولاد تِمپِر نشده بسیار سخت و محکم ولی شکننده است و برای استفاده در کارهای عملی مناسب نیست. تِمپِر کردن یک فرایند عملیات حرارتی با دمای پایین است که معمولاً پس از فرایند سخت کاری (سخت کاری خنثی، سخت کاری مضاعف، کربنیزاسیون جوی، کربونیزه سازی، یا سخت کاری سطحی) انجام می‌شود تا فولاد را به میزان سختی مطلوب برساند.
طی این فرآیند، فولاد در دماهای پایین‌تر قرار می‌گیرد تا سختی اضافی آن از بین برود. سپس فلز در هوای بدون باد قرار می‌گیرد تا خنک شود. نتیجهٔ این فرآیند، فولادی سخت‌تر با میزان شکنندگی پایین‌تر است.
کوئنچ کردن
در متالورژی کوئنچ کردن (Quenching) به فرآیندی گفته می‌شود که در آن قطعه‌کار پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان حساب شده، به سرعت سرد می‌شود که با توجه به خواص مکانیکی مد نظر این سرد شدن در آب یا روغن و یا در هوا صورت می‌پذیرد. کوئنچ کردن یک عملیات حرارتی است که از فرآیندها و تغییرات نامطلوبی که در فلزات در دماهای پایین رخ می‌دهد (مانند تغییر فاز) جلوگیری می‌کند.
این امر از طریق کاهش زمان سرد کردن فلزات و یا افزایش نرخ سرد شدن صورت می‌گیرد.
از جمله تغییراتی که در حین فرآیند کوئنچ کردن صورت می‌گیرد، می‌توان به کاهش اندازه دانه‌ها اشاره نمود که این موضوع هم برای مواد فلزی و هم برای مواد پلاستیکی صورت می‌پذیرد. از دیگر تغییرات این فرآیند افزایش سختی مواد است.