在钢材的生产实际中，许多机械零件如轴、齿轮、凸轮等，要求表面有较高的耐磨性，而心部则要求有足够的塑性和韧性。采用表面淬火可以适应上述要求。
表面淬火是通过快速加热使钢表层奥氏体化，然后淬火冷却，这样表层便可获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部组织并未发生变化，仍保持着较高的塑韧性。由于这一热处理工艺具有一系列优点，因此，在机械制造业中得到了广泛的应用。目前生产中应用最多的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火
1）感应加热表面淬火的原理及种类
这种表面淬火法的原理如图1．4．24所示。把工件放入由空心铜管绕成的感应圈（线圈）中，通入一定频率的交变电流以产生交变磁场，于是在工件中便产生同频率的感应电流。由于高频电流的集肤效应，表面电流密度极大，心部电流密度小，因此可使工件表层迅速加热到淬火温度，在随即的喷水（合金钢浸油）快速冷却后，就达到了表面淬火的目的。而心部温度很低，并未淬火，仍保持原来的组织和性能。
图1．4．24 感应加热表面淬火示意图
感应电流透入工件表层的深度，主要取决于电流频率，频率越高，电流透入深度越浅，工件淬硬层越薄。根据所用电流频率的不同，感应加热可分为3种：
①高频感应加热 常用频率为200～300 kHz，脆硬层深度为0．5～2．5 mm，适用于中小尺寸的轴类零件及中小模数的齿轮等。
②中频感应加热 常用频率为2 500～8 000 Hz，脆硬层深度为3～8mm，适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。
③工频感应加热 电流频率为50 Hz，脆硬层深度可达10～20 mm，适用于大直径零件，例如轧辊、火车车轮等的表面淬火。
2）感应加热表面淬火的特点和应用
与普通淬火相比，感应加热表面淬火具有如下特点：
①加热速度很大，工件表面升温快，奥氏体化所需时间短；
②淬火加热温度高，过热度大，奥氏体形核多，并且在其长大之前就已冷却，所以工件表层得到极细的马氏体组织，其硬度比普通淬火时高2～3 HRC，且脆性较低，再加上工件表面形成残余压应力，因此可使工件的疲劳强度显著提高；
③感应加热时间短，工件表面不易氧化脱碳，且变形很小；
④生产效率高，易于实现机械化和自动化生产；
⑤淬硬层深度容易控制。
由于感应加热表面淬火具有上述特点，使得该工艺在汽车、机床等制造业中得到广泛应用。但感应加热设备较贵，维修、调整比较困难，且不适于单件和形状复杂零件的生产。
感应加热表面淬火主要适用于中碳钢和中碳合金钢，例如45，40Cr等，也可用于高碳工具钢和铸铁件等。
零件在表面淬火之前通常要进行正火或调质，表面淬火后需进行低温回火，以降低淬火应力和脆性。
对表面淬火零件，在设计图纸上应标明淬硬层硬度与深度、淬硬部位，有的还应提出对金相组织及限制变形的要求。
（2）火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火法是用乙炔-氧火焰或煤气-氧火焰对工件表面进行快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，以提高工件表面的硬度和耐磨性。其淬硬层深度一般为2～6 mm。
火焰加热表面淬火的优点是方法简单、不需要特殊设备、成本低、灵活性大，可适合各种生产场合。缺点是加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定，对工人的技术水平要求较高。这种方法适用于单件小批量生产以及大型零件（如大型轴类、大模数齿轮等）的表面淬火。
（3）激光加热表面淬火
激光加热表面淬火是20世纪70年代初发展起来的一种新型的高能量密度的表面强化方法。这种表面淬火方法是用激光束扫描工件表面，使工件表面迅速加热到钢的临界点以上，而当激光束离开工件表面时，由于基体金属的大量吸热，使表面获得急速冷却，而无须冷却介质。
激光淬火淬硬层深度一般为0．3～0．5 mm。激光淬火后表层获得极细的马氏体组织，硬度高且耐磨性好，其耐磨性比淬火加低温回火提高50%。激光淬火能对形状复杂的工件，如工件的拐角、沟槽、盲孔底部或深孔的侧壁进行处理，而这些部位是其他表面淬火方法难以做到的。
