熱處理的主要作用是消除鍛造應力，降低火車輪鍛件表面硬度，提高機加工性能；調整和改善在鍛造過程中形成的過熱與粗大組織，降低火車輪鍛件內部化學成分與金相組織的不均勻性，細化晶粒，提高產品綜合性能。

 大型火車輪鍛件的熱處理工藝一般分為預備熱處理和性能熱處理。預備熱處理一般在鍛后熱處理中完成，主要目的是調整和細化晶粒，一般采用多次正火的方法，且正火溫度逐漸降低。性能熱處理一般采用調質工藝，在盡可能高的溫度下進行材料的奧氏體化，采用髙冷卻速度進行淬火處理，最后利用回火降低內部應力，得到產品最終組織。

 上述工藝流程屬于熱加工范圍，即在材料再結晶溫度以上進行的加工過程，因此可以控制和改變產品的晶粒結構。而對于大型火車輪鍛件而言，由于其質量和厚度都很大，受其傳熱特性的限制，冷卻速度很難取得很大，因此，很難完全通過澆鑄和熱處理來控制其內部晶粒結構。采用反復奧氏體化的方法，則會延長產品生產周期，耗費大量能源。而鍛造過程兼顧產品成形和晶粒細化，可以通過不同的鍛造工藝保證產品成形，并利用熱變形過程中各種軟化機 制來細化火車輪鍛件內部的細觀晶粒組織，是控制產品組織性能非常重要的手段。

 火車輪鍛件的硬度檢驗多采用便攜式硬度計進行。檢驗車輪的踏面硬度時，沿車輪圓周方向在踏面上均勻測量3點，2點合格即為踏面硬度合格。 車輪踏面淬硬層深度的檢驗，主要是驗證車輪鍛件的熱處理加工工藝，是一種破壞性檢驗。可將一成品車輪用薄的片式銑刀將車輪剖開，墊實剖開的車輪，用硬度計在20mm處進行檢驗。銑刀時注意切削速度及冷卻問題，避免切面過熱。