某些機器零件在復雜應力條件下工作時，表面和心部承受不同的應力狀態，往往要求零件表面和心部具有不同的性能。為此，除上述整體熱處理外，還發展了表面熱處理技術，其中包括只改變工件表面層組織的表面淬火工藝和既改變工件表面層組織，又改變表面化學成分的化學熱處理工藝。

表面淬火是將工件快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。齒輪、凸輪、曲軸及各種軸類等零件在扭轉、彎曲等交變載荷下工作，并承受摩擦和沖擊，其表面要比心部承受更高的應力。因此，要求零件表面具有高的強度、硬度和耐磨性，要求心部具有一定的強度、足夠的塑性和韌性。采用表面淬火工藝可以達到這種表硬心韌的性能要求。根據工件表面加熱熱源的不同，鋼的表面淬火有很多種，例如感應淬火、火焰淬火、接觸電阻加熱淬火、電子束淬火、電解液淬火以及激光淬火等表面淬火工藝。這里小編下面僅介紹常用的火焰淬火和感應淬火。

火焰淬火法是將氧乙炔或氧煤氣的混合氣體燃燒的火焰，噴射在零件表面上，進行快速加熱，當達到淬火溫度后，立即噴水或用乳化液進行冷卻的一種方法。火焰淬火適用于碳質量分數為0. 3%~0.7%的鋼，常用的有35鋼、45鋼，以及合金結構鋼，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過高，則容易淬裂。火焰淬火的淬透層深度一般為2~ 6mm。火焰淬火的設備簡單、淬火速度快、變形小，適用于局部磨損的工件，如軸、齒輪、軌道、行車走輪等，用于特大件，更為經濟有利。但火焰淬火容易過熱，淬火效果不穩定，因而在使用上有一定的局限性。

感應淬火是利用電磁感應原理，在工件表面產生密度很高的感應電流，產生表面效應或趨膚效應，并使工件迅速加熱至奧氏體狀態，隨后快速冷卻（通常采用噴射冷卻法）獲得馬氏體組織的淬火方法。感應圈用純銅管制作，內通冷卻水。當工件表面在感應圈內加熱到相變溫度時，立即噴水或浸水冷卻，實現表面淬火工藝。感應淬火和普通加熱淬火相比具有加熱速度快，加熱效率高，淬火變形小，工件質量好，經濟環保等優點，因此得到廣泛應用。

根據電流頻率，可將感應淬火分為三類：高頻感應淬火，常用電流頻率為80~1000kHz，可獲得的表面硬化層深度為0.5~2mm，主要用于中小模數齒輪和小軸的表面淬火；中頻感應淬火，常用電流頻率為2500~8000Hz，可獲得3~6mm深的硬化層，主要用于要求淬硬層較深的零件，如發動機曲軸、凸輪軸、大模數齒輪、較大尺寸的軸和鋼軌的表面淬火；工頻感應淬火，電流頻率為50Hz，可獲得10~15mm.以上的硬化層，適用于大直徑鋼材的穿透加熱及要求淬硬層深的大工件的表面淬火。

工件表面淬火后應進行低溫回火以降低殘留應力和脆性，并保持表面高硬度和高耐磨性。回火方式有爐中回火和自回火。自回火即控制噴射冷卻時間，利用工件內部余熱使表面進行回火。為了保證工件表面淬火后的表面硬度和心部強度及韌性，一般選用中碳鋼及中碳合金鋼，其表面淬火前的原始組織應為調質態或正火態。