Wärmebehandlung bezeichnet die gezielte thermische Beeinflussung von Werkstoffen, insbesondere Metallen, zur Einstellung definierter Gefüge- und Eigenschaftszustände. Charakteristisch ist ein vorgegebenes Zeit-Temperatur-Regime (Erwärmen, Halten, Abkühlen), das ohne wesentliche Änderung der chemischen Zusammensetzung abläuft.

Zentrale Zielgrößen sind Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Verformbarkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie das Eigenspannungsniveau. Grundlage ist die thermodynamisch und kinetisch gesteuerte Gefügeumwandlung, etwa Austenitisierung und anschließende Martensit-, Bainit- oder Perlitbildung in Stählen, Ausscheidungshärtung in Aluminium- oder Nickelbasislegierungen sowie Spannungsabbau durch Erholung und Rekristallisation.

Typische Wärmebehandlungsprozesse sind Glühen (z.B. Normalglühen, Spannungsarmglühen), Härten mit rascher Abkühlung (Abschrecken), Anlassen zur Vergütung (Kombination aus Härten und Anlassen), Lösungsglühen und Ausscheidungshärten von Leichtmetallen sowie zyklische Wärmebehandlungen wie thermomechanische Behandlungen oder Abschrecken-und-Partitionieren (Q&P).

In der Schweißtechnik werden Nachschweißwärmebehandlungen eingesetzt, um Schweißspannungen abzubauen, die Zähigkeit in der Wärmeeinflusszone zu verbessern und die Rissanfälligkeit zu reduzieren. Moderne Entwicklungen umfassen lokal und zeitlich präzise gesteuerte Verfahren (z.B. Induktions- oder Laserwärmebehandlung) sowie simulationsgestützte Auslegung über Zeit-Temperatur-Umwandlungs- und kontinuierliche Abkühlungsschaubilder.