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小試樣與大試樣由于質量和體積有很大變化，熱處理時在熱形變上就會有所差異，而且由于熱容量大小同也會造成差異。

試樣形體大小不一樣，傳導熱的速度是不一樣的，即熱處理的過程肯定是有區別的。主要是熱傳導速率問題，表現在奧氏體化過程，和之后的冷卻過程，試樣的大小，體積會影響熱傳導的速率，導致加熱和冷卻后晶粒的大小，基體力學性能及第二相的大小，分布都可能不同，還有內應力的不同。

導熱速率會造成差異，加熱過程由于薄厚試樣溫度達到環境溫度時間不一樣 也就是升溫速度不一樣，材料溫度升到環境溫度后，組織變化應該是一樣的，在冷卻過程也是小試樣和大試樣降溫速度不一致，如果組織受降溫速度影響明顯 那么組織也會有差別。

加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

冷卻也是熱處理工藝過程中必要步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。