某些机器零件在复杂应力条件下工作时，表面和心部承受不同的应力状态，往往要求零件表面和心部具有不同的性能。为此，除上述整体热处理外，还发展了表面热处理技术，其中包括只改变工件表面层组织的表面淬火工艺和既改变工件表面层组织，又改变表面化学成分的化学热处理工艺。

表面淬火是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。齿轮、凸轮、曲轴及各种轴类等零件在扭转、弯曲等交变载荷下工作，并承受摩擦和冲击，其表面要比心部承受更高的应力。因此，要求零件表面具有高的强度、硬度和耐磨性，要求心部具有一定的强度、足够的塑性和韧性。采用表面淬火工艺可以达到这种表硬心韧的性能要求。根据工件表面加热热源的不同，钢的表面淬火有很多种，例如感应淬火、火焰淬火、接触电阻加热淬火、电子束淬火、电解液淬火以及激光淬火等表面淬火工艺。这里小编下面仅介绍常用的火焰淬火和感应淬火。

火焰淬火法是将氧乙炔或氧煤气的混合气体燃烧的火焰，喷射在零件表面上，进行快速加热，当达到淬火温度后，立即喷水或用乳化液进行冷却的一种方法。火焰淬火适用于碳质量分数为0. 3%~0.7%的钢，常用的有35钢、45钢，以及合金结构钢，如40Cr、65Mn等。如果含碳量太低，淬火后硬度低，而碳和合金元素含量过高，则容易淬裂。火焰淬火的淬透层深度一般为2~ 6mm。火焰淬火的设备简单、淬火速度快、变形小，适用于局部磨损的工件，如轴、齿轮、轨道、行车走轮等，用于特大件，更为经济有利。但火焰淬火容易过热，淬火效果不稳定，因而在使用上有一定的局限性。

感应淬火是利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，产生表面效应或趋肤效应，并使工件迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却（通常采用喷射冷却法）获得马氏体组织的淬火方法。感应圈用纯铜管制作，内通冷却水。当工件表面在感应圈内加热到相变温度时，立即喷水或浸水冷却，实现表面淬火工艺。感应淬火和普通加热淬火相比具有加热速度快，加热效率高，淬火变形小，工件质量好，经济环保等优点，因此得到广泛应用。

根据电流频率，可将感应淬火分为三类：高频感应淬火，常用电流频率为80~1000kHz，可获得的表面硬化层深度为0.5~2mm，主要用于中小模数齿轮和小轴的表面淬火；中频感应淬火，常用电流频率为2500~8000Hz，可获得3~6mm深的硬化层，主要用于要求淬硬层较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、较大尺寸的轴和钢轨的表面淬火；工频感应淬火，电流频率为50Hz，可获得10~15mm.以上的硬化层，适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬火。

工件表面淬火后应进行低温回火以降低残留应力和脆性，并保持表面高硬度和高耐磨性。回火方式有炉中回火和自回火。自回火即控制喷射冷却时间，利用工件内部余热使表面进行回火。为了保证工件表面淬火后的表面硬度和心部强度及韧性，一般选用中碳钢及中碳合金钢，其表面淬火前的原始组织应为调质态或正火态。