通過(guò)對(duì)鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內(nèi)容，其目的是獲得
高硬度的表面層和有利的內(nèi)應(yīng)力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。
有些在工作時(shí)經(jīng)受摩擦、表面容易磨損的零件，其表面應(yīng)有抗磨損能力。有些工件在反復(fù)彎曲的作用下工作，易產(chǎn)生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能力，而抗疲勞能力又與零件的表面強(qiáng)度和
內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。表面強(qiáng)度高，又存在壓縮內(nèi)應(yīng)力時(shí)，抗疲勞能力就強(qiáng)。機(jī)床、礦山機(jī)械等的齒輪經(jīng)表面淬火后耐磨性明顯提高。汽車后半軸經(jīng)高頻感應(yīng)加熱淬火后的抗疲勞能力遠(yuǎn)高于整體調(diào)質(zhì)者。
最常用的表面熱處理工藝有
感應(yīng)加熱熱處理和火焰淬火，此外還有接觸電阻加熱淬火、電解加熱淬火、激光熱處理和電子束熱處理等。
接觸電阻加熱淬火通過(guò)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(guò)很大的電流,并產(chǎn)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(nèi)部而表面迅速冷卻,即達(dá)到淬火目的。當(dāng)處理長(zhǎng)工件時(shí),電極不斷向前移動(dòng),留在后面的部分不斷淬硬。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于自動(dòng)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（0.15～0.35毫米）。顯微組織和硬度均勻性較差。這種方法多用于鑄鐵做的機(jī)床導(dǎo)軌的表面淬火，應(yīng)用范圍不廣。
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(yáng)極。接通直流電后電解液被電解，在陽(yáng)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(chǎn)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(zhì)，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(jiǎn)單，處理時(shí)間短，加熱時(shí)間僅需5～10秒,生產(chǎn)率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產(chǎn)，已用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥桿端部的表面淬火。
激光熱處理激光在熱處理中的應(yīng)用研究始于70年代初，隨后即由試驗(yàn)室研究階段進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。當(dāng)經(jīng)過(guò)聚焦的高能量密度(106瓦／厘米2)的激光照射金屬表面時(shí)，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內(nèi)升高到
淬火溫度。由于照射點(diǎn)升溫特別快，熱量來(lái)不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時(shí)，照射點(diǎn)周圍的金屬便起淬冷介質(zhì)的作用而大量吸熱，使照射點(diǎn)迅速冷卻，得到極細(xì)的組織，具有很高的力學(xué)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(duì)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。
電子束熱處理70年代開(kāi)始研究和應(yīng)用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續(xù)退火,能量密度最高可達(dá)108瓦／厘米2。電子束表面淬火除應(yīng)在真空中進(jìn)行外,其他特點(diǎn)與激光相同。當(dāng)電子束轟擊金屬表面時(shí)，轟擊點(diǎn)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,150千瓦的電子束在鐵表面上的理論穿透深度大約為0.076毫米；在鋁表面上則可達(dá)0.16毫米。
電子束在很短時(shí)間內(nèi)轟擊表面，表面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態(tài)。當(dāng)電子束停止轟擊時(shí)，熱量迅速向冷基體金屬傳導(dǎo)，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進(jìn)行自冷淬火，整個(gè)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(shí)間有關(guān)。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時(shí)間僅零點(diǎn)幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細(xì)，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學(xué)性能。
