在实际生产中，许多机器零件是在扭转、弯曲等交变载荷以及冲击载荷下工作的，表层受到摩擦、交变或脉动接触应力，有时还承受冲击。例如，传动轴、传动齿轮等。这些零件表面承受着比心部高的应力，因此要求在工作表面的有限深度范围内有高的强度、硬度和耐磨性，而其心部又要求有足够的塑性和韧性，以承受一定的冲击载荷。根据这一要求及金属材料淬火硬化的规律，发展了表面淬火工艺。

表面淬火是强化金属材料表面的重要手段之一。凡是可以通过淬火提高材料强度和硬度的金属材料，都可以通过表面淬火来强化其材料的表面。

经表面淬火处理后的工件，可以获得“表硬心韧”的效果，即不仅表面具有高的硬度、强度和耐磨性，而且与工件预备热处理获得的心部组织相配合，兼具良好的强韧性和疲劳强度，因此，表面淬火在工业生产中被广泛应用。

01表面淬火概念

表面淬火是通过快速加热，使工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，仅使工件表面一定深度范围内获得马氏体，以达到强化工件表面目的的热处理工艺方法。

齿轮、凸轮、曲轴及各种轴类零件在扭转、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。表面淬火的目的是满足这一类零件的使用性能要求，通过在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而心部仍保持着表面淬火前的组织状态(调质处理或正火状态)，从而获得零件要求的表面具有更高的硬度和耐磨性，而心部则保持一定的强度、足够的塑性和韧性，即获得表层硬而心部韧的性能。

仅使工件表面有限深度范围内迅速达到奥氏体化温度，而心部温度还很低，就必须给工件表面提供极高的热能量密度(一般热能量密度需要≥W/cm2)，使其表面快速加热到奥氏体化温度，而表面的热量还来不及向心部传递即冷却下来，使心部温度保持低温状态，因而心部不会发生相变。能够满足这种快速加热的方式有很多，根据热源不同，钢的表面淬火主要有感应加热表面淬火、激光加热表面淬火、火焰加热表面淬火等，另外还有电子束加热、电接触加热、电解液加热、等离子束和等红外线聚焦加热等多种加热方式的表面淬火。

由于上述加热方法各有其特点及局限性，故均在一定条件下获得应用，其中应用最普遍的是感应加热表面淬火及火焰加热表面淬火。激光束加热和电子束加热目前属于新型高能密度加热淬火方法，由于具有一些其他方法没有的优点，故已经获得一些应用。

02表面淬火的应用

表面淬火广泛应用于碳含量为0.4%～0.5%的中碳调质钢或球墨铸铁制的机器零件。因为中碳调质钢经过调质或正火预处理以后，再进行表面淬火，既可以保持心部有较高的综合力学性能，又可使表面具有较高的硬度(50HRC)和耐磨性，如机床主轴、齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴等。基体相当于中碳钢成分的珠光体加铁素体基的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等原则上均可进行表面淬火，而以球墨铸铁的工艺性能为最好，且表面淬火后具有较高的综合力学性能，所以应用最广。

高碳钢表面淬火后，尽管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韧性较低，因此高碳钢的表面淬火主要用于承受较小冲击和交变载荷下工作的工具、量具及高冷硬轧辊。

低碳钢表面淬火后强化效果不显著，故很少应用。