包括退火、淬火和滲碳等工藝。在中國，退火的組織最早見於四千年前的齊傢文化遺物。當時的銅錐具有退火再結晶和退火孿晶的金相組織。稍後，甘肅火燒溝文化的銅匕首具有類似的金相組織，但殘存冷加工形變組織。殷墟出土的金箔也經過退火處理。戰國初期，退火工藝用於降低白口鑄鐵的脆性。此後，鑄鐵退火製造可鍛鑄鐵成為普遍的工藝。明代《天工開物》記載，鋼銼“久用乖平，入火退去健性，再用劃”。同時，對黃銅退火也有一定認識：“凡黃銅，原從爐甘石（見蘭石）升者，不退火性受錘；從倭鉛升升者，出爐退火性，以受冷錘。”
古淬火技術 河北易縣（燕下都）出土戰國時期的鋼劍、戟，都有淬火馬氏體組織。秦漢以後淬火技術更為普遍。遼陽三道壕出土西漢鋼劍、滿城漢墓的刀劍等器物都經過淬火處理。《史記·天官書》記載：“水與火合為淬。”《漢書·王褒傳》也有“巧冶鑄幹將之樸，清水焠其鋒”的記載。江西德興有鑄劍池，相傳漢代吳芮淬劍於此。三國時蒲元掌握瞭不同水質對淬火後鋼刀質量的影響。北朝的綦母懷文進一步用“五牲之溺”和”五牲之脂”做淬火介質。多種淬火劑的使用，表明古代對不同冷卻速度的淬火和成品性能之間的關系已有一定經驗。元代《格物麤談》記載瞭黃銅淬火技術。明《天工開物》有關於制銼、制針中淬火工藝的記載。
圖1 燕下都鋼劍和矛、戟
圖2 鋼戟的金相組織
古代表面滲碳技術 是塊煉鐵滲碳的發展，西漢劉勝佩劍等經過表面滲碳處理，獲得心部柔韌表面硬化的良好使用性能。《天工開物》記載用“松木、火矢、豆豉”進行滲碳（見抽線琢針）。還利用熔化的生鐵作為熟鐵的滲碳劑，以增強器具刃口的鋒利和耐磨性能。這種生鐵淋口法，“每鍬鋤一斤者，淋生鐵三錢為率，少者不堅，多則過剛而折。”由此可見，對滲碳技術的掌握已相當嫻熟。