空心直线光轴的热处理工艺，一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。而热处理工艺大体可分为表面热处理、化学热处理和整体热处理三大类。
①表面热处理
表面热处理是只加热空心直线光轴表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热空心直线光轴表层而不使过多的热量传入内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的空心直线光轴上给予较大的热能，使空心直线光轴表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
②化学热处理
化学热处理是通过改变空心直线光轴表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了空心直线光轴表层的化学成分。化学热处理是将空心直线光轴放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使空心直线光轴表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
③整体热处理
整体热处理是对空心直线光轴整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
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