Obróbka cieplna to rodzaj obróbki metali polegający na zmianie własności mechanicznych i plastycznych poprzez zmianę struktury metalu w stanie stałym przy zastosowaniu następujących czynności:

• nagrzewaniu
• wygrzewaniu
• chłodzeniu.

Procesy te prowadzone są przy użyciu odpowiedniej temperatury, czasu i ośrodka. Czynności te można wzbogacić z użyciem dodatkowych czynników takich jak: obróbki chemicznej czy obróbki mechanicznej.

Obróbkę cieplną dzielimy na:

• obróbkę cieplną zwykłą: wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie oraz przesycanie i starzenie
• obróbkę cieplno-plastyczną: stosuje się obróbkę wysokotemperaturową, niskotemperaturową i z przemianą izotermiczną
• obróbkę cieplno-chemiczną: użycie czynników nasycenia jednym pierwiastkiem lub wieloma pierwiastkami
• obróbkę cieplno-magnetyczną.

Obróbkę cieplną stosuje się w celu poprawy własności stali przez zmiany struktury. W obróbce cieplnej rozróżniamy operację i zabiegi. Operacja jest procesem technologicznym (np. hartowanie), a zabieg to część operacji (np. chłodzenie). Do najważniejszych zabiegów należą:

• nagrzewnie: podwyższanie temperatury w sposób ciągły lub stopniowy obrabianego metalu
• wygrzewanie: wytrzymanie obrabianego elementu w zadanej temperaturze
• chłodzenie: stopniowe lub ciągłe obniżanie temperatury obrabianego elementu.