Wärmebehandlung bezeichnet die gezielte thermische Beeinflussung von Werkstoffen, vor allem Metallen, um ihre Mikrostruktur und damit mechanische, physikalische oder chemische Eigenschaften einzustellen. Charakteristisch ist ein definierter Temperatur-Zeit-Verlauf unter kontrollierter Atmosphäre, üblicherweise ohne Formänderung.

Zentrale Prozessschritte sind Aufheizen auf eine spezifische Temperatur, Halten zur Einstellung eines Gleichgewichts- oder metastabilen Zustands und Abkühlen mit definierter Geschwindigkeit. Typische Verfahren bei Stählen sind Glühen (z.B. Spannungsarmglühen, Normalglühen), Härten (Austenitisieren mit anschließender schneller Abschreckung zur Martensitbildung) und Anlassen zur Einstellung des Zähigkeits-Festigkeits-Verhältnisses. Weitere Prozesse umfassen Vergüten, Lösungsglühen und Ausscheidungshärten bei Aluminium-, Nickel- oder Titanlegierungen.

Die Wirkung der Wärmebehandlung beruht auf Diffusionsvorgängen, Phasenumwandlungen (etwa Austenit–Ferrit/Martensit–Perlit–Bainit) sowie der Kontrolle von Ausscheidungen, Versetzungsdichte und Korngrenzenmorphologie. Über geeignete Parameterwahl lassen sich Härte, Streckgrenze, Bruchzähigkeit, Kriechbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit gezielt anpassen.

Für die Auslegung sind neben dem Phasendiagramm kontinuierliche und zeitlich unterbrochene Abkühlungsschaubilder (CCT/TTT) essenziell. Moderne Entwicklungen integrieren simulationsgestützte Prozessoptimierung, lokale Wärmebehandlungen (z.B. Laser- oder Induktivhärten) und kombinierte thermo-mechanische Prozesse. Eine präzise Prozessführung und reproduzierbare Ofenatmosphäre sind Voraussetzung für enge Eigenschaftstoleranzen und die Vermeidung von Rissen, Verzug oder Gefügeinhomogenitäten.