高溫合金的性能與其組織有密切關(guān)系，高溫合金的組織是可以通過熱處理來調(diào)整的，如合金的晶粒大小，碳化物形態(tài)和分布，金屬間化合物（r'）的大小和分布等都是通過熱處理工藝來控制的。對(duì)于變形合金來說，熱處理尤為重要。高溫合金的熱處理一般由固溶處理，中間處理和時(shí)效處理組成。
⑴固溶處理
固溶處理是為了溶解基體內(nèi)碳化物。r'相等以得到均勻的過飽和和固溶體，便于時(shí)效重新析出顆粒細(xì)小，分布均勻的碳化物和r'等強(qiáng)化相，同時(shí)消除由于冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金發(fā)生再結(jié)晶。其次，固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能。固溶處理的溫度范圍大約在980~1250℃之間，主要根據(jù)各個(gè)合金中相的析出和溶解規(guī)律及使用要求來選擇，以保證主要強(qiáng)化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對(duì)于長(zhǎng)期高溫使用的合金，要求有較好的高溫持久和蠕變性能，應(yīng)選擇較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度：對(duì)于中溫使用并要求較好的室溫硬度，屈服強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度。沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的合金，可采用較底的固溶溫度，保證較小的晶粒度。高溫固溶。而且可能有某些相的析出。對(duì)于過飽和的度低的合金：低溫固溶處理時(shí)，不僅有主要強(qiáng)化相的溶解，而且可能喲偶某些相的析出。對(duì)于過飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度（如油，水冷）：對(duì)于過飽和度高的合金，通常為空氣中冷卻。
⑵ 中間處理
中間處理即二次固溶處理或中間時(shí)效處理，其主要作用是改變晶界上析出的碳化物數(shù)量，形態(tài)和分布，其次是在合金中造成大小兩種r'的合理分布，以顯著提高合金的持久壽命和塑性。中間處理的溫度大約在1000~1500℃，在保溫和冷卻過程中，晶界析出鏈狀碳化物，起強(qiáng)化晶界作用。對(duì)于過飽和低的合金，經(jīng)中間處理后，可以避免晶界細(xì)胞狀M23C6析出，在晶界產(chǎn)生富Cr的塊狀碳化物，由于晶界區(qū)域Cr溶度降低，提高了Al，Ti的溶解度，使 溶于基體內(nèi)，造成晶界貧r'區(qū)的出現(xiàn)。適當(dāng)寬度的貧r' 區(qū)有一定塑性，在高溫應(yīng)力作用下能發(fā)生松弛，解除應(yīng)力集中，延緩裂紋產(chǎn)生，提高持久壽命。貧 r'區(qū)過窄持久塑性差：貧r' 區(qū)過寬，則蠕變速度高，都會(huì)導(dǎo)致早期破斷。對(duì)于過飽和度高的合金，經(jīng)中間處理后，在晶界析出鏈壯碳化物M23C6，使晶界附近Cr,Mo等貧化，而Al,Ti溶度相對(duì)增高，往往形成包覆晶界碳化物的r'包膜，對(duì)持久性能是有利的。中間處理時(shí)，析出大尺寸r'相，使合金最終時(shí)效后得到大小兩種尺寸的 r'相，以改善合金的綜合性能和長(zhǎng)期組織穩(wěn)定性。對(duì)于碳化物強(qiáng)化的鐵基合金，一般不采用中間處理。
⑶ 時(shí)效處理
時(shí)效處理能使合金充分而均勻析出強(qiáng)化相。在時(shí)效溫度下不應(yīng)引起強(qiáng)化相的溶解和聚化，保證強(qiáng)化相的尺寸合適。時(shí)效溫度一般在700~950℃，時(shí)效溫度取決于強(qiáng)化相的數(shù)量和合金中 r' 相已大量析出，所以最后的時(shí)效處理只產(chǎn)生較小的組織變化。