將金屬工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，隨即浸入淬冷介質中快速冷卻的金屬熱處理工藝。淬火後一般須進行回火。淬火工藝主要用於鋼件。在大多數情況下，鋼的淬火是為瞭獲得高硬度。但是，高錳鋼淬火是為瞭提高韌性；鉻鎳不銹鋼淬火是為瞭提高耐腐蝕性；馬氏體時效鋼、鋁合金和鈹青銅等淬火的目的是為下一步的時效處理作準備。

　　基本原理　常用的鋼在加熱到臨界溫度（見鋼鐵顯微組織）以上時，原有在室溫下下的組織將全部或大部轉變為奧氏體。隨後將鋼浸入水中或油中快速冷卻，奧氏體即轉變為馬氏體。馬氏體也是固溶體，原來固溶在奧氏體中的碳和各種合金元素，全部照舊固溶在馬氏體中。馬氏體與奧氏體的差別在於原子排列方式不同。

　　淬火的要點是加熱後快速冷卻。隻有冷卻速度超過某一數值，才能使鋼中的奧氏體轉變為馬氏體。否則，奧氏體就會轉變為珠光體或貝氏體，甚至在鋼的組織中還會出現鐵素體。使奧氏體轉變為馬氏體而不轉變為其他組織的冷卻速度的下限(最小冷卻速度)，稱為馬氏體臨界冷卻速度。鋼的化學成分不同，馬氏體臨界冷卻速度的數值也不相同。高速鋼、高鉻鋼和其他一些合金元素含量較高的合金鋼，其馬氏體臨界冷卻速度都很低，甚至在空氣中冷卻也能使奧氏體轉變為馬氏體。一般結構鋼和工具鋼的馬氏體臨界冷卻速度較高，通常須在油、水或水溶液等淬冷介質中淬冷。低碳碳素鋼的馬氏體臨界冷卻速度很高，心須極快地冷卻才能得到馬氏體。

　　與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。鋼淬火的目的就是為瞭使它的組織全部或部分地轉變為馬氏體，獲得高硬度，然後在適當溫度下回火，使工件具有預期的性能。

　　實際工件是有一定截面厚度的。燒紅的工件浸入淬冷介質中冷卻時，內部冷卻速度總是低於表面。厚度越大，差別越大。結果常常是淬冷後不能使整個截面淬硬。對於一定尺寸的工件，用馬氏體臨界冷卻速度低的鋼制作，則淬硬層較深；用馬氏體臨界冷卻速度高的鋼制作，則淬硬層較淺。在生產中，用淬透性的高低來衡量鋼淬火時淬硬層的深淺。用不同成分的鋼制作同一尺寸的工件，在同一淬冷介質中淬冷，淬透性高的鋼淬硬層較深；淬透性低的鋼淬硬層較淺。同一成分的鋼、在同一淬冷介質中淬冷時，工件截面越厚，淬硬層越淺。用淬透性較低的鋼制作的厚截面工件，淬火時甚至表面也不能淬硬。在設計選擇鋼材時，必須根據工件截面厚度選擇淬透性適宜的鋼。

　　鋼淬火冷至室溫後，組織中常會存在一些奧氏體，被稱為殘餘奧氏體。將工件放於液氮等介質中深冷到室溫下很低的溫度，可以大大減少殘餘奧氏體。這種工藝稱為深冷處理。

　　分類　淬火時的快速冷卻會使工件內部產生內應力，當內應力大到一定程度時工件便會發生扭曲變形甚至開裂。為瞭使工件在具有優良性能的前提下減小畸變、避免開裂，必須選擇合適的冷卻方法。淬火工藝根據冷卻方法可分為單液淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。

　　單液淬火　將加熱好的工件浸入油、水或各種水溶液中一直冷卻到低溫後取出。這種方法操作簡單，應用最廣。

　　雙介質淬火　將加熱好的工件先放入水或鹽水等冷卻能力強的淬冷介質中冷卻到稍高於上馬氏體點ΜS，隨即迅速轉移到油或其他冷卻能力弱的淬冷介質中冷卻。采用雙介質淬火法能夠減小工件低溫冷卻階段的內應力，大大減小開裂的危險。這種方法多用於形狀較復雜的碳鋼工件或某些大截面工件。但具體操作不易掌握，要求操作者具有比較熟練的技術。

　　馬氏體分級淬火　將加熱好的工件浸入溫度比ΜS稍高或稍低的熔鹽或熱油中，停留適當時間後取出。這種淬火方法可以減小內應力和畸變，但設備比較復雜，僅應用於高合金鋼制作的工件，或碳鋼及低合金鋼制作的小型工件。

　　貝氏體等溫淬火　將加熱好的工件浸入溫度比ΜS稍高的熔鹽中保溫較長時間，使奧氏體轉變為下貝氏體，然後取出。等溫淬火不僅可以減少工件畸變，而且可使工件具有令人滿意的硬度和韌性，但需要增添設備，同時還受到鋼材成分和工件尺寸的限制。

　　另外，高錳鋼、鉻鎳不銹鋼、鋁合金、鈹青銅淬火加熱的目的是使某些金屬化合物固溶到固溶體（例如高錳鋼及鉻鎳不銹鋼中的奧氏體）中。快速冷卻是為瞭抑制這些金屬化合物在固溶體中沉淀出來，從而取得過飽和固溶體。這種淬火工藝叫做固溶熱處理。