通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。

對工件表面進行強化的金屬熱處理工藝。廣泛應用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學熱處理兩大類。

一、表面淬火

通過不同的熱源對工件進行快速加熱，當零件表層溫度達到臨界點以上（此時工件心部溫度處于臨界點以下）時迅速予以冷卻，這樣工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。為了達到只加熱工件表層的目的，要求所用熱源具有較高的能量密度。根據加熱方法不同，表面淬火可分為感應加熱（高頻、中頻、工頻）表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束表面淬火等。工業上應用最多的為感應加熱和火焰加熱表面淬火。

二、化學熱處理

將工件置于含有活性元素的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層或形成某種化合物的覆蓋層，以改變表層的組織和化學成分，從而使零件的表面具有特殊的機械或物理化學性能。通常在進行化學滲的前后均需采用其他合適的熱處理，以便最大限度地發揮滲層的潛力，并達到工件心部與表層在組織結構、性能等的最佳配合。根據滲入元素的不同 ，化學熱處理可分為滲碳 、滲氮、滲硼、滲硅、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲鋅、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。

三、接觸電阻加熱淬火

通過電極將小于5伏的電壓加到工件上,在電極與工件接觸處流過很大的電流,并產生大量的電阻熱,使工件表面加熱到淬火溫度,然后把電極移去,熱量即傳入工件內部而表面迅速冷卻,即達到淬火目的。當處理長工件時,電極不斷向前移動，留在后面的部分不斷淬硬。

這一方法的優點是設備簡單，操作方便，易于自動化,工件畸變極小,不需要回火，能顯著提高工件的耐磨性和抗擦傷能力，但淬硬層較薄（0.15～0.35mm）。顯微組織和硬度均勻性較差。這種方法多用于鑄鐵做的機床導軌的表面淬火，應用范圍不廣。

四、電解加熱淬火

將工件置于酸、堿或鹽類水溶液的電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。接通直流電后電解液被電解，在陽極上放出氧，在工件上放出氫。氫圍繞工件形成氣膜，成為一電阻體而產生熱量，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后斷電,氣膜立即消失,電解液即成為淬冷介質，使工件表面迅速冷卻而淬硬。常用的電解液為含 5～18%碳酸鈉的水溶液。電解加熱方法簡單，處理時間短，加熱時間僅需5～10s，生產率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產，已用于發動機排氣閥桿端部的表面淬火。

五、激光熱處理

激光在熱處理中的應用研究始于70年代初，隨后即由試驗室研究階段進入生產應用階段。當經過聚焦的高能量密度 (10W/cm)的激光照射金屬表面時，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內升高到淬火溫度。由于照射點升溫特別快，熱量來不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時，照射點周圍的金屬便起淬冷介質的作用而大量吸熱，使照射點迅速冷卻，得到極細的組織，具有很高的力學性能。如加熱溫度高至使金屬表面熔化，則冷卻后可以獲得一層光滑的表面，這種操作稱為上光。

激光加熱也可用于局部合金化處理，即對工件易磨損或需要耐熱的部位先鍍一層耐磨或耐熱金屬，或者涂覆一層含耐磨或耐熱金屬的涂料，然后用激光照射使其迅速熔化，形成耐磨或耐熱合金層。在需要耐熱的部位先鍍上一層鉻，然后用激光使之迅速熔化，形成硬的抗回火的含鉻耐熱表層，可以大大提高工件的使用壽命和耐熱性。

六、電子束熱處理

早在上世紀70年代開始研究和應用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續退火，能量密度最高可達10W/cm。電子束表面淬火除應在真空中進行外，其他特點與激光相同。當電子束轟擊金屬表面時，轟擊點被迅速加熱。電子束穿透材料的深度取決于加速電壓和材料密度。例如，150kW的電子束在鐵表面上的理論穿透深度大約為0.076mm；在鋁表面上則可達0.16mm。

電子束在很短時間內轟擊表面，表面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態。當電子束停止轟擊時，熱量迅速向冷基體金屬傳導，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進行"自冷淬火"，整個工件的體積和淬火表層的體積之間至少要保持5∶1的比例。表面溫度和淬透深度還與轟擊時間有關。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時間僅零點幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學性。