目的：使零件表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性，即表硬里韧。各种齿轮、凸轮、顶杆、套筒及轧辊等工件，经常通过表面热处理进行强化。
一、表面淬火
适用材料：中碳钢或中碳合金钢。
工艺特点：快速加热，使工件表面迅速升温至淬火温度，而工件心部仍处于A1以下，这时立即喷水冷却，使工件表面层被淬硬成为马氏体，心部仍是原来的组织，保持着良好的韧性。
种类：根据加热方法不同，主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火以及电解液加热表面淬火等几种。应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火法。
1.感应加热表面淬火
定义：是采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。
原理：电磁感应产生同频率的感应电流即涡流。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，心部几乎等于零，而表面电流密度极大，称为集肤效应，频率愈高，电流密度极大的表面层愈薄。依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。
分类：感应加热可分为三类：
(1)高频加热
常用频率为（200～300）KHZ，淬硬层深度为（0.5～2.5）mm， 适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。
(2)中频加热
常用频率为（2500～8000）HZ，淬硬层深度为（2～10）mm，适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。
(3)工频加热
电流频率为50HZ，不需要频设备，城市用交流电即可，适用于淬硬层深度为（10～20）mm以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。
优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，工件表面氧化和脱碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、自动化。其缺点是设备较昂贵，形状复杂的零件感应圈不易制造，且仅适用于大批量生产。
适用过程：调质处理---表面淬火---低温回火。
2.火焰加热表面淬火
定义：火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧的混合气体燃烧的高温火焰，喷射在零件表面上，使它快速加热达到淬火温度，而心部温度仍很低，随即喷水冷却，从而获得高硬度马氏体组织和淬硬层的一种表面淬火方法，如图所示。
优缺点：淬硬层深度一般为（2～6）mm，若要获得更深的淬硬层，会引起零件表面严重的过热，且易产生淬火裂纹。由于淬火质量不够稳定，生产率低，限制了它的广泛应用。但它具有方法简便灵活，无需特殊设备、成本低等优点，适用于单件或小批量生产的大型或需要局部淬火的零件。如大型轴、大齿轮、轧辊、齿条、钢轨面等。
二、化学热处理
定义：是将工件置于特定介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变表层化学成分组织和性能，并能用低廉的碳钢或合金钢来代替某些较昂贵的高合金钢。近年来化学热处理发展迅速。通过化学热处理能有效地提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗疲性等。
种类：渗碳、渗氮和碳氮共渗
1.渗碳
定义：渗碳是向低碳(0.1～0.25%C) 的碳钢或合金钢的表面层渗入碳原子的过程。
分类：按渗碳剂的不同，渗碳法可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种。前两种应用较广泛。
(1)气体渗碳
气体渗碳是在专用井式渗碳炉或贯通式渗碳炉中进行如图所示。
(2)固体渗碳
把工件置于渗碳箱中，周围填满固体渗碳剂，即木碳与碳酸盐(BaCO3或Na2CO3)的混合物，加盖并用耐火泥密封。然后送入炉中加热至(900～950)℃，产生的活性碳原子被钢件表面吸收，形成一定深度的渗碳层，如图所示。
固体渗碳设备简单，容易上马，适用大小不同的零件，单件小批量生产，在一些中、小型工厂中仍有采用。但其生产率低，劳动条件差，质量不易控制。目前大量生产中广泛采用的是气体渗碳法。
渗碳后的钢件常采用淬火加低温回火，其目的是使表层具有高的硬度和耐磨性。而心部仍保持一定强度和较高的韧性。
一些承受冲击的耐磨零件，如轴、齿轮、凸轮、活塞销等大都进行渗碳，但在高温下工作的耐磨件不宜用渗碳处理。
2.氮化
定义：是向钢的表面渗入氮原子的过程。目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度，又叫渗氮。目前广泛采用气体氮化。
优缺点：渗氮后不需淬火，因此变形很小。但是氮化生产周期长、工艺复杂，而且要用合金钢使钢种受限制，因此氮化零件的成本较高，它多用于要求耐磨、耐疲劳、耐蚀的工件上，精密机床的主轴、丝杆、高速精密齿轮、镗床镗杆、磨床主轴，汽轮机的阀门、阀杆等。
