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钢的热处理是指通过将钢在固态下进行加热、保温和冷却，来改变钢的内部组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。
热处理是机器零件及工模具制造过程中的重要工序，对发挥金属材料的潜力、改善零件的使用性能、提高产品质量、延长使用寿命具有重要意义。此外，热处理还能改善毛坯或半成品的工艺性能，为后续加工工序做准备。
钢铁材料是现代工业中应用最广泛的金属材料，主要由铁和碳两种元素组成，统称铁碳合金。不同成分的铁碳合金，在不同温度下有不同的组织，表现出的性能也不同。
铁碳合金相图（简称铁碳相图）是指在极其缓慢冷却的条件下，铁碳合金的组织状态随温度变化的图形。该图反映了在平衡条件下，铁碳合金的成分、温度和组织三者之间的关系，它是合理选择材料，制订热处理工艺与冷、热加工工艺的主要理论基础。
金属由液体状态转变为晶体状态的过程称为结晶。在固态金属内部，由于结晶而形成许多大小不一、外形不规则的小晶体，称为晶粒。晶粒的大小对金属的力学性能有很大的影响，一般来说，晶粒越细，其强度、硬度、冲击韧度就越高，塑性也越好。
纯金属的结晶过程可用冷却曲线表示。如图1-8a所示，用实验方法可得到纯金属凝固时的冷却曲线，使液态纯金属缓慢冷却，当温度降到 T 0 时便开始结晶，由于放出的结晶潜热恰好补偿了热的散失，故这时的温度不再下降，在冷却曲线上表现为水平线段，它所对应的温度 T 0 就是纯金属的理论结晶温度。当液态金属全部结晶成固态金属后，温度才继续下降。
图1-8 纯金属的冷却曲线
上述实验是在极其缓慢的冷却条件（即平衡条件）下进行的。在实际生产中，金属结晶的冷却速度是非常快的，所以液态金属的实际结晶温度 T 1 总是低于理论结晶温度 T 0 ，这种现象称为过冷现象，两者之差称为过冷度，用Δ T 表示，如图1-8b所示。
实验表明，金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与其冷却速度有关，冷却速度越快，金属的实际结晶温度就越低，过冷度就越大。实际生产中，金属都是在过冷情况下结晶的，过冷是金属结晶的必要条件。
有些金属在固态下随温度的变化，晶格会从一种结构转变为另一种结构，这种现象称为金属的同素异构转变。同素异构转变所得到的不同晶格类型的晶体，称为同素异构体。例如，纯铁在不同温度下，其晶格有不同的结构，如图1-9所示。
由图1-9看出，纯铁在1538℃时结晶成固体后为体心立方晶格，称为δ-Fe；继续冷却至1394℃时，转变为面心立方晶格，称为γ-Fe；再继续冷却至912℃时，又转变为体心立方晶格，称为α-Fe；912℃以下再继续冷却，晶格的结构不再发生变化。
图1-9 纯铁的同素异构转变示意图
同素异构转变是钢铁材料的一个重要特性，是钢铁材料能采用热处理方法来改变其性能的内因，也是钢铁材料性能多样化、用途广泛的重要原因。
为了掌握铁碳相图，应先了解铁碳合金的基本组织。铁碳合金的基本组元是铁和碳，它们在液态时可以无限互溶，在固态下，碳能溶解于铁的晶格中形成间隙固溶体，当碳含量超过固态铁的溶解度时，多余的碳与铁形成金属化合物，如Fe 3 C。在铁碳相图中，有以下五种固相组织：
（1）铁素体 铁素体是碳溶于α-Fe中形成的固溶体，用符号F表示。由于体心立方晶格的间隙很小，因此碳在α-Fe中的溶解度很小，在727℃时达到最大的溶碳量为0.0218%。由于铁素体溶碳量小，其显微组织与纯铁一样，因此其性能与工业纯铁接近，强度和硬度低，塑性和韧性好。
（2）奥氏体 奥氏体是碳溶于γ-Fe中形成的固溶体，用符号A表示。由于奥氏体是面心立方晶格结构，间隙较大，因此其溶碳能力比α-Fe大，在727℃时为0.77%，在1148℃时为2.11%。奥氏体具有一定的强度和硬度，硬度通常为170～220HBW，没有磁性，塑性较高，断后伸长率（ A ）为40%～50%。奥氏体是多种钢材在高温下进行压力加工（如锻压成形）时所要求的组织。
（3）渗碳体 渗碳体是碳与铁按一定比例形成的具有复杂晶格的金属化合物，用符号Fe 3 C表示。渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点约为1227℃。渗碳体的结构决定了它极硬且极脆，塑性和韧性几乎为零，是铁碳合金中的主要强化相，其形态、大小、数量和分布对铁碳合金的性能有很大影响。
（4）珠光体 珠光体是由铁素体与渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，其力学性能介于两者之间，有较高的强度（抗拉强度约为750MPa），硬度适中（约为180HBW），并有一定的塑性和韧性（ A =20%～35%）。
（5）莱氏体 在1148～727℃范围内，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物称为高温莱氏体，用符号Ld表示；在727℃以下，由珠光体与渗碳体组成的机械混合物称为低温莱氏体，用符号L′d表示。莱氏体的碳含量较高，故其硬度高、塑性差、脆性大，是组成白口铸铁的基本组织。
铁碳相图是指在平衡（极其缓慢冷却）条件下，不同成分的铁碳合金在不同温度所处的状态或组织的图形。由于碳的质量分数大于6.69%的铁碳合金脆性极大，工艺性能不好，在工业中没有实用价值，而渗碳体（Fe 3 C）是一种稳定的化合物，可以作为一个独立的组元，所以铁碳相图实际上是碳的质量分数小于6.69%的Fe-Fe 3 C相图。简化后的Fe-Fe 3 C相图如图1-10所示。
图1-10 简化后的Fe-Fe 3 C相图
（1）铁碳相图中的主要特性点、线 铁碳相图中主要特性点、线的说明分别见表1-17、表1-18。
表1-17 铁碳相图中主要特性点的说明
表1-18 铁碳相图中主要特性线的说明
（2）铁碳合金的分类 根据铁碳合金中碳的质量分数的不同，可将铁碳合金分为三类，见表1-19。
表1-19 铁碳合金的分类
（3）铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系 铁碳合金的成分、组织与性能之间有着密切的关系，随着碳质量分数的增加，亚共析钢中珠光体增多，铁素体减少，因而钢的强度、硬度上升，塑性、韧性相应下降。共析钢全部由珠光体组成，故强度、硬度比亚共析钢高，塑性、韧性则较低。过共析钢随着碳的质量分数的增加，珠光体减少，二次渗碳体增多，因而硬度升高，塑性、韧性下降；少量的二次渗碳体能使强度继续升高，而当 w C >0.9%时，由于有网状渗碳体的存在，削弱了晶粒间的结合力，钢的强度迅速下降。
为了保证工业中使用的碳钢具有一定的塑性和韧性，碳钢中碳的质量分数一般不超过1.3%。
机械产品制造中，多数零件都需要进行热处理，以提高金属材料的性能，满足零件加工和使用的要求。采用合理的热处理工艺，可以充分发挥材料的潜力，提高产品质量，延长使用寿命，降低成本。
钢的热处理由加热、保温和冷却三个阶段组成，图1-11所示为热处理过程的示意图。
图1-11 热处理过程示意图
热处理时，对钢加热的目的通常是使其组织全部或大部分转变为细小的奥氏体晶粒。在极其缓慢的加热条件下，钢的组织转变按铁碳相图进行，即共析钢、亚共析钢、过共析钢分别加热到临界温度
A
1
、
A
3
、
A
cm
就能获得奥氏体。但在实际生产中加热速度比较快，相变的临界温度要高些，分别用
表示。因此，在实际加热条件下，共析钢要加热到
以上，亚共析钢要加热到
以上，过共析钢要加热到
以上温度才能全部转变成奥氏体。
奥氏体晶粒的大小直接影响钢冷却后的组织和性能。一般来说，奥氏体晶粒越粗，冷却后钢的组织就越粗，钢的力学性能也就越差。因此，实际生产中必须控制好加热温度和保温时间。
冷却过程是钢热处理的关键工序，通常退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度最快。冷却速度不同，得到的组织相应不同，性能也就不同。
金属热处理工艺可分为整体热处理和表面热处理两大类。整体热处理即通常所说的“四火”工艺，包括退火、正火、淬火和回火。表面热处理包括表面淬火和化学热处理。
退火和正火是应用非常广泛的热处理工艺，在机器零件或工模具等工件的制造过程中，经常作为预备热处理，安排在铸造或锻造之后，切削加工之前，用来消除前一工序所带来的某些缺陷，并为后续工序的加工做好准备。
退火是将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却或埋入保温介质中）的一种热处理工艺。退火工艺主要有以下三种。
（1）完全退火 完全退火是将工件完全奥氏体化，保温一定时间（由工件厚度决定）后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢，其加热温度为
+（30～50）℃。完全退火的目的是细化晶粒，提高钢件的力学性能；消除内应力，防止钢件变形；改善某些钢的切削加工性能。
过共析钢不采用完全退火，因为过共析钢完全奥氏体化后，在缓慢冷却中会析出网状渗碳体，使钢的力学性能变差。
（2）球化退火 球化退火是使钢中碳化物球状化的退火工艺。球化退火主要用于共析钢和过共析钢，加热温度为
+（20～30）℃，保温后缓慢冷却，以获得球状珠光体组织。在球状珠光体中，渗碳体呈球状小颗粒均匀分布在铁素体基体上，其硬度比片状珠光体低，有利于改善高碳钢件的切削加工性。如果过共析钢中有较多的网状渗碳体，应先进行正火，再进行球化退火。
（3）去应力退火 为了消除铸件、锻件和焊接件中的残余应力而进行的退火工艺，称为去应力退火。去应力退火通常将工件加热到500～650℃，保温足够时间后随炉缓冷至200～300℃，出炉空冷。由于加热温度低于 A 1 ，钢的组织不发生改变。
将钢加热到
（亚共析钢）或
（过共析钢）以上30～50℃，保温一定时间然后在空气中冷却的热处理工艺，称为正火。正火的目的是细化晶粒，调整硬度，消除网状渗碳体，为淬火、球化退火等做好组织准备。通过正火细化晶粒，钢的韧性可显著改善。对于低碳钢，可提高硬度以改善切削加工性。
采用正火处理的钢件强度比退火高，因此对一些性能要求不高的零件，正火可作为最终热处理。
图1-12 碳钢退火和正火的加热温度范围
碳钢退火和正火的加热温度范围如图1-12所示。
钢的淬火与回火是两个紧密相连的热处理过程，只有相互配合才能达到良好的效果。淬火加回火通常作为最终热处理。
微课：常用热处理工艺及应用
将钢加热到
或
以上30～50℃（图1-13），保温一定时间，然后快速冷却，以获得高硬度马氏体或贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。
图1-13 碳钢淬火的加热温度范围
淬火是钢铁材料的主要强化方式，其目的是：用于提高工具或耐磨零件的硬度和耐磨性；能使一般结构零件的强度和韧性得到良好的配合，以适应不同工况的需要。对碳含量很低的钢，进行常规的淬火处理没有意义。
（1）淬火加热温度 亚共析钢的淬火加热温度一般为
+（30～50）℃。将亚共析钢加热到此温度，可获得细小的奥氏体，淬冷后则可获得细小的马氏体。如果加热到
～
之间，将获得铁素体和奥氏体，淬冷后，铁素体保留在组织中，会降低淬火钢的硬度。
共析钢和过共析钢的淬火加热温度一般为
+（30～50）℃，将过共析钢加热到此温度，组织为奥氏体和少量的渗碳体，淬火后，获得马氏体和渗碳体组织，渗碳体能提高钢的硬度和耐磨性。若加热温度超过
，则淬火后会获得粗大的马氏体，增加钢的脆性，并且由于渗碳体的消失，钢的硬度及耐磨性会下降。
（2）淬火冷却 为了保证奥氏体能全部过冷到马氏体，淬火冷却速度应大于临界冷却速度 v k 。在快速冷却过程中，钢件的表层和心部、薄壁和厚壁之间便形成一个温度差，使得钢件各部分的冷却收缩和组织转变不一致，从而在淬火钢件中产生内应力。淬火内应力能引起钢件变形甚至开裂。淬火冷却速度越大，淬火内应力就越大，钢件变形、开裂的倾向也越大，故在保证淬硬的前提下，淬火冷却速度应慢些。为达到这个目的，淬火冷却时应选择合适的冷却介质和淬火方法。
常用的冷却介质有水、水溶液和油。水的冷却能力大，使用方便，但容易使工件变形和开裂，主要用作形状简单的碳钢件的冷却介质；油的特点是冷却能力较低，有利于减小工件的内应力和变形，因此主要用作合金钢件的冷却介质。
常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等，如图1-14所示。
图1-14 常用的淬火方法示意图
1—单液淬火2—双液淬火3—分级淬火4—等温淬火
（3）钢的淬透性 钢的淬透性是指钢在规定条件下淬火时，获得淬硬层深度的能力，即获得马氏体的能力。用不同钢材制成相同形状和尺寸的工件在相同条件下淬火，淬透性好的钢获得的淬硬层深，截面上的硬度分布也比较均匀，钢件的综合性能就高。一般来说，碳钢的淬透性较低，而钢中加入Cr、Mn、Ti、V等合金元素后，能显著提高其淬透性。
回火是将淬火后的钢件再加热至
以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。由于淬火得到的马氏体是一种不稳定组织，有向稳定组织转变的倾向，因此工件淬火后必须进行回火。回火的目的是为了降低或消除淬火内应力，稳定工件的组织和尺寸，调整硬度，提高韧性，以获得工件所要求的力学性能。
根据回火温度的不同，回火分为以下三类：
（1）低温回火 回火温度为150～250℃，得到的组织为回火马氏体，目的是降低淬火内应力和脆性，保持钢在淬火后的高硬度（一般达58～64HRC）和高耐磨性。低温回火广泛用于处理各种切削刀具、冷作模具、量具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件等。
（2）中温回火 回火温度为350～500℃，得到的组织为回火托氏体，具有较高屈服强度和弹性极限，以及适当的韧性，硬度一般为35～45HRC，主要用于各种弹性零件（如弹簧等）和热作模具的处理。
（3）高温回火 回火温度为500～650℃，得到的组织为回火索氏体，硬度为25～35HRC。这种组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。习惯上把淬火+高温回火的热处理工艺称为调质处理，简称调质，广泛用于处理各种重要的结构零件，如连杆、高强度螺栓、齿轮、轴类等，也常用于要求较高的精密零件、量具等的预备热处理。
在动载荷及摩擦条件下工作的机械零件，如齿轮、凸轮轴、曲轴、主轴等，它们的表面层承受着比心部更高的应力，并不断被磨损，因此表面要有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部要有足够的塑性和韧性。要达到这样的要求，需要在选择合理材料的基础上，采用表面淬火或化学热处理。
微课：表面淬火工艺及应用
表面淬火是仅对工件表面层进行淬火的热处理工艺。它通过快速加热使钢件表面很快达到淬火温度（心部温度仍在临界温度以下），然后快速冷却，从而使表面层被淬硬，而心部仍是未淬火组织，还保持较好的韧性和塑性。常用的表面淬火方法有火焰淬火和感应淬火。
（1）火焰淬火 火焰淬火是利用氧-乙炔或其他可燃气火焰，对工件表面快速加热并快速冷却的淬火工艺，其淬硬层深度一般为2～6 mm。火焰淬火设备简单、成本低，但淬火质量不易控制，适于单件、小批量生产或大型零件的表面淬火。
（2）感应淬火 感应淬火是将工件放入空心铜管绕成的感应器内，当感应器中通过某种频率的交变电流时，感应器附近空间将产生一个交变磁场，从而使工件中产生频率相同、方向相反的感应电流。由于集肤效应，感应电流集中在工件表层，电流频率越高，电流集中的表面层就越薄。由于电流有热效应，工件表面层被迅速加热到淬火温度，而心部仍接近室温，随即快速冷却，工件表面层就获得一定深度的淬硬层。
生产中常用频率为200～300kHz的高频电流来加热工件，称为高频淬火。高频淬火获得的表层淬硬层较浅（0.5～2mm），适合处理小尺寸的钢件。
感应淬火加热速度快，淬火质量好，工件变形小，生产率高，在生产中应用广泛。
表面淬火一般用于中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr、40MnB等。工件在淬火前应先进行调质或正火处理，以改善其心部组织，保证工件心部有良好的综合力学性能。淬火介质常用水，水温以15～18℃为宜，以免淬裂。形状复杂或碳的质量分数高于0.6%的碳钢工件和合金钢工件可用30～40℃温水、聚乙烯醇水溶液和油等，也可用喷雾冷却。表面淬火后，应在炉中进行低温回火，以降低淬火应力和脆性，保持高的硬度和耐磨性。
钢的化学热处理是将钢件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变钢件表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理通常由分解、吸收、扩散三个基本过程组成。分解时，活性介质析出活性原子，活性原子以溶入固溶体或形成化合物的方式被工件表面吸收，并逐步向零件内部扩散，形成一定深度的渗层。常用的化学热处理方法有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
（1）渗碳 为了增加零件表面层碳的质量分数和形成一定的碳浓度梯度，将零件放在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入其表层的化学热处理工艺，称为渗碳。渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢，以保证零件心部有良好的韧性，然后通过渗碳，把零件表层碳的质量分数提高到0.85%～1.05%，再进行淬火和低温回火，使零件表层具有高的硬度和耐磨性。
渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳等，最常用的是气体渗碳，如图1-15所示，将工件装在密封的井式渗碳炉中，加热到900～950℃，向炉内滴入煤油等渗碳剂。渗碳剂在高温下分解，形成气体，析出活性碳原子渗入工件表面。
图1-15 气体渗碳示意图
与中碳钢高频淬火相比，低碳钢渗碳淬火可使零件表层的硬度、耐磨性更高，心部韧性更好，并使淬硬层沿零件轮廓均匀分布。渗碳的缺点是生产周期长，零件变形较大。
（2）渗氮 在一定温度下（一般在
以下），使活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺，称为渗氮。渗氮可提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。
常用的渗氮方法为气体渗氮。其工艺过程是将工件装入密封的渗氮炉内，加热到500～570℃，通入氨气，氨气受热分解，析出活性氮原子渗入工件表层。零件在渗氮前应进行调质处理，以改善其心部性能。
渗氮常用含有铬、钼、铝等元素的中碳合金钢，最典型的钢种是38CrMoAlA。这种钢渗氮后表面硬度可达1100～1200HV，因而耐磨性很高。由于渗氮温度低，且渗氮后不必再进行淬火，故渗氮零件的变形小。
与渗碳相比，渗氮具有以下特点：
1）具有更高的表面硬度，耐磨性好，并具有良好的热硬性（在600～650℃仍有较高的硬度）。
2）疲劳强度显著提高。这是由于渗氮后表面形成比容较大的化合物，从而产生较大的残余表面压应力所致。
微课：化学热处理工艺及应用
3）渗氮处理温度低，故零件变形小。
4）渗氮层具有较高的抗蚀性。
但是渗氮工艺的生产周期长，成本高；渗氮层薄而脆，不宜承受集中载荷。
需要进行热处理的零件，在图样上应注明其热处理技术条件，内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标（如硬度）等。所标的硬度值应允许有一定波动范围，通常布氏硬度波动范围在30～40个单位，洛氏硬度波动范围在5个单位左右。例如，调质220～250HBW，表面高频淬火50～55HRC。
零件的加工是按照一定的工艺路线进行的，合理安排热处理工序位置，对于保证零件质量，改善切削加工性能有重要作用。根据热处理的目的和工序位置的不同，热处理可分为预备热处理和最终热处理两类，其工序位置安排方法如下：
（1）预备热处理 预备热处理包括退火、正火、调质等。退火、正火的工序位置，通常安排在毛坯生产之后，切削加工之前，以消除毛坯的内应力、均匀组织、改善切削加工性能，并为以后的热处理做组织准备。对于精密零件，为了消除切削加工的残余应力，在半精加工之后也可安排去应力退火。
调质工序一般安排在粗加工之后，半精加工之前，目的是为了获得良好的综合力学性能，为以后的热处理做组织准备。调质一般不安排在粗加工之前，以避免表面调质层在粗加工时大部分被切削掉，失去调质处理的作用，这对淬透性差的碳钢零件尤为重要。
（2）最终热处理 最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。零件经过这类热处理后，获得所需的使用性能，因其硬度较高，除磨削外，不宜进行其他形式的切削加工，故其工序位置一般安排在半精加工之后。有些零件工作性能要求不高，在毛坯时进行退火、正火或调质等即可满足使用要求，这时退火、正火或调质也可作为最终热处理。
1）根据工件的热处理要求及其材料，确定加热温度、保温时间、冷却方式。退火、正火、淬火的加热温度如图1-12、图1-13所示，回火的温度按高温、中温、低温回火选择相应的温度。例如，45钢的调质处理，其淬火加热温度为840℃，回火温度为600℃。
退火、正火、淬火的保温时间可参考热处理手册确定。实际工作中，小批量生产多根据经验估算，一般在空气介质中升到规定温度后的保温时间为：碳钢按工件厚度每1mm需1～1.5min；合金钢按工件厚度每1mm需2min。盐浴炉中，保温时间可缩短一半。
回火时间（包括加热与保温时间）是根据工件的大小（有效尺寸）、装炉量和热处理工艺的不同来选取，一般在1～3h。
2）检查热处理炉、辅助设备（如水槽、油槽等）、仪表等是否正常。炉膛各处的温度差是否在规定的范围之内。
1）将工件放入炉内，关闭炉门。
2）打开总电源，打开控制器电源开关，在控温表设置所需温度，按下开关进行加热。
3）加热至所需温度后进行保温。
4）保温结束后，关闭电源，打开炉门，首先用夹钳取出需淬火的工件，迅速在水槽或油槽中冷却，然后用夹钳取出需正火的工件空冷。需退火的工件留在炉中，随炉缓冷至600℃左右，再出炉空冷。
5）若需回火，则重新合上电源，将炉调至所需温度，将淬火后的工件再放回炉内加热和保温。
6）回火保温结束后，关闭控制器电源，关闭总电源，用夹钳取出工件空冷。
1）严格按照设备的操作规程进行操作。
2）放、取工件时必须先切断电源，以防触电。
3）开、关炉门要快，炉门打开的时间不能过长，以免炉温下降，降低炉膛耐火材料与硅碳棒（电阻丝）的寿命。
4）往炉中放、取工件时必须使用夹钳；夹钳必须擦干，不得沾有油和水。在放、取工件时不能碰到硅碳棒和热电偶。
5）工件应整齐摆放在炉膛中间，进出炉时应轻拿轻放，以防砸坏炉膛或电热元件。
6）工件由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降影响淬火质量。
7）工件在淬火液中应不断搅动，否则工件表面会由于冷却不均匀而出现软点。
8）淬火时水温应保持在20～40℃，若水温过高，应及时换水。
9）淬、回火时间间隔不得超过4h，形状复杂件、高合金钢件不得超过1h，大件、高合金钢件，淬火后应立即回火，否则易开裂。
10）注意安全，不要用手触摸未冷却的工件。
随着制造业不断向智能制造方向转型升级，近年智能热处理技术取得了很大的突破，越来越多的智能热处理工厂开始建设和运行。
智能热处理工厂包括智能热处理设备、智能仓储及物流系统、远程工艺仿真与模拟系统、热处理工艺数据库系统、热处理制造执行系统（含APS高级排程系统）、热处理设备管理系统、设备远程监控及诊断系统、热处理ERP管理系统8个子系统。其中，远程工艺仿真与模拟系统是为热处理工艺数据库服务的，这两个系统为热处理工艺执行与管理系统提供了工艺支持，热处理工艺执行与管理系统通过调度和管理智能热处理设备、智能仓储及物流系统实现了智能化生产，设备远程监控及诊断系统为智能化生产提供了技术保障，热处理ERP管理系统为智能热处理工厂的企业资源高效运行提供保障。
通过各系统的集成应用，智能热处理工厂实现热处理加工自动排产、均衡化混流生产、加工工艺优化、生产过程实时监控、设备故障远程诊断、数字化物流跟踪和ERP管理等功能，从而实现热处理生产过程智能化和少、无人化，提高产品质量和生产率，降低运行成本，进一步实现节能减排。