整体热处理是对工件整体进行穿透加热的热处理工艺。常用的整体热处理方法有退火、正火、淬火和回火。
一个零件的生产过程由多个工序组成。在零件的生产过程中，为了达到某些目的，会安排若干个热处理工序。根据热处理在零件生产中的目的和工序位置的不同，热处理可以分为预先热处理和最终热处理。预先热处理用以消除前道工序造成的缺陷，为后续的切削加工和最终热处理做准备；最终热处理用于保证零件的使用性能要求。本节介绍的退火和正火是常用的预先热处理方法，而淬火和回火的复合工艺是典型的最终热处理方法。
退火
退火是将金属缓慢加热到某一温度，保温足够时间，以适宜速度缓慢冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种热处理工艺。
退火的目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形和裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，为后续的热处理做组织准备。
常用的退火方法有完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、均匀化退火等。
1. 完全退火
将亚共析钢加热到Ac 3 以上20～30℃时，保温足够时间，奥氏体随炉温缓慢冷却，从而得到接近平衡的组织，这种退火工艺称为钢的完全退火。所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶（此时组织完全奥氏体化），因此完全退火又称为重结晶退火。
完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢、低中碳的合金钢的锻件、铸件、热轧型材，有时也用于它们的焊接结构，其目的是消除组织缺陷，细化晶粒，均匀组织，提高工件的塑性和韧性，调整硬度，改善工件的切削加工性能，并为工件的后续淬火做组织准备。
完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢进行完全退火时需加热到Acm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。
2. 不完全退火
将钢加热到Ac 1 以上40～60℃时，保温一定时间（此时组织未达到完全奥氏体化），随之缓慢冷却，这种退火工艺称为钢的不完全退火。
不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件，其主要目的是消除热加工过程中形成的内应力，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，并为淬火做组织准备。
不完全退火可用于亚共析钢和过共析钢。对亚共析钢而言，一般只用于经正确加热、不需改善组织的亚共析钢，仅为降低硬度时才采用。对过共析钢而言，必须用正火消除网状渗碳体和组织缺陷后才能使用此方法。
3. 等温退火
将钢加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，先以较快速度冷却到珠光体转变温度区间的某一温度并等温保持一段时间，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后再在空气中冷却，这种退火工艺称为等温退火。
等温退火的工艺目的与完全退火相同，但所用时间比完全退火缩短约1/3，且能获得更加均匀的组织和性能，因此生产中常用等温退火代替完全退火或球化退火。但等温退火工艺操作和所需设备都比较复杂，所以等温退火主要用于过冷奥氏体在珠光体型转变区转变缓慢的合金钢。
4. 球化退火
球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。最常用的两种球化退火工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃时，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却至500℃左右出炉空冷。等温球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，先随炉冷却至略低于Ar 1 的温度，接着进行等温（等温时间为其加热保温时间的1.5倍），然后再随炉（等温炉）冷却至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短生产周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上。与片状珠光体相比，球状珠光体不但硬度较低，便于切削加工，而且在淬火加热时晶粒不易长大，淬火变形和开裂倾向小。
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等，其工艺目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性，并为以后淬火做准备。
若钢中有明显的网状碳化物，则球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。
5. 去应力退火
将钢缓慢加热至Ac 1 以下100～200℃时，保温一段时间，随炉温缓慢冷却，550～600℃后出炉空冷，这种退火工艺称为去应力退火。去应力退火属于低温退火，退火过程中无组织转变。
去应力退火主要用于铸件、锻件、热轧型材、焊接结构、冷冲压件（或冷拔件）和切削加工工序，其工艺目的是消除残余内应力，稳定工件尺寸和形状，减少工件的变形和裂纹倾向。
6. 均匀化退火
将钢加热到略低于固相线温度，长时间保温（10～15h），然后随炉冷却，使钢的化学成分和组织均匀化，这种退火工艺称为均匀化退火。均匀化退火也称为扩散退火。
均匀化退火主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件或锻坯，其工艺目的是消除成分偏析。
均匀化退火易使晶粒粗大。为细化晶粒，均匀化退火后应进行完全退火或正火。