最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。
1）淬火：淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广，而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能，常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。其一般工艺路线为：下料——锻造——正火（退火）——粗加工——调质——半精加工——表面淬火——精加工。
2）渗碳淬火：渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，先提高零件表层的含碳量，经过淬火后使表层获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施（镀铜或者镀防渗材料）。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.5~2mm之间，所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。其工艺线路一般为：下料——锻造——正火——粗、半精加工——渗碳淬火——精加工。
当局部渗碳零件的不渗碳部分，采用加大余量后切除多余的渗碳层的工艺方案时，切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后，淬火前进行。
3）渗氮处理：渗氮处理是使氮原子渗入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处理温度较低、变形小，且渗氮层较薄（一般不超过0.6~0.7mm），因此渗氮工序应尽量靠后安排，常安排在精加工之间进行。为减少渗氮时的变形，在切削后一般需进行消除应力的高温回火。
