钢铁零件的最终性能，是在固状态对显微组织进行控制——也就是热处理，来满足各自要求的。钢件所欠缺的力学性能可以通过热处理来得到，这依赖于可控的加热和冷却过程。淬火是热处理工艺中的一种，淬火可得到马氏体组织，它虽然硬度高，但太脆，不能应用到实际工况中。因此，淬火后通常会紧跟着一个回火过程，而生成的回火马氏体则具有相当高的硬度和一定的韧性。
因为零件的淬火和回火处于生产路线的末端或接近末端，所以控制这些热处理操作是非常关键的。然而，在淬火过程中有许多现象相互作用，而且发生的程度各不相同，使得这个过程非常复杂，见图1。
有三个值得研究的方面：
1)传热（随时间变化，归因于零件／淬火冷却介质界面的热交换）。
2)相变（随时间变化，发生各种相变）。
3)应力应变（随时间变化，零件内部原子迁移）
因为淬火冷却介质是液体或气体，所以淬火冷却介质的流体动力学对于定义工艺过程中的吸热很重要。图1中给出了造成不同领域相互影响的原因。例如，冶金领域的变化（每种显微组织容积率的变化）会带来两个改变热领域的影响：相变潜热的释放速率和热物性参数值（取决于温度和相分布）。
每一个方面的初始状态都要尽可能精确。习惯做法是假定淬火的开始温度场是均一的，初始的相变状态可能包括预先形成的渗碳层、原奥氏体晶粒度、碳化物形成元素全部或部分溶解。初始的应力应变状态是奥氏体化之后的残余应力场。
给定的淬火操作能得到的力学性能和变形，是以上各方面在淬火过程中所遵循路径的综合结果。钢淬火的目的是在将奥氏体转变为马氏体的同时，保证变形尽可能小。设计、控制和优化淬火过程有三种不同的方法：经验法、实验室测试和工艺工程。且所需要的专业技术的复杂程度依次增加。同时，产生知识的量也随着增长。对于一个给定问题，这三种方法中的任何一种（或者任何组合）都可能是合适的。
经验法，主要通过试验来定义操作窗口，在试验中，若干过程参数值有序地变化，再将在最终产品中得到的结果与特定目标进行比较。经验法对过程中发生的现象的深入理解很少，因为它通常只考虑初始状态和最终状态；另一方面，在原位测量变化的系统是没有的。人们必须依靠实验室测试，通常只