表面熱處理是指材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，改變材料表面的化學成分與組織，獲得所需性能的一種金屬熱加工工藝。以下是六種表面熱處理方法。
表面淬火
通過不同的熱源對工件進行快速加熱,當零件表層溫度達到臨界點以上(此時工件心部溫度處于臨界點以下)時迅速予以冷卻，這樣工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。工業上應用最多的為感應加熱和火焰加熱表面淬火。
化學熱處理
將工件置于含有活性元素的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層或形成某種化合物的覆蓋層，以改變表層的組織和化學成分，從而使零件的表面具有特殊的機械或物理化學性能。例如氮化處理，氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經氮化處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。
接觸電阻加熱淬火
通過電極將小于5伏的電壓加到工件上，在電極與工件接觸處流過很大的電流,并產生大量的電阻熱，使工件表面加熱到淬火溫度，然后把電極移去，熱量即傳入工件內部而表面迅速冷卻，即達到淬火目的。
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,電解槽接陽極。接通直流電后電解液被電解，在陽極上放出氧，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，使工件表面迅速冷卻而淬硬。
激光熱處理
激光在熱處理中的應用研究始于70年代初，隨后即由試驗室研究階段進入生產應用階段。當經過聚焦的高能量密度 (10W/cm)的激光照射金屬表面時，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內升高到淬火溫度。
電子束熱處理
電子束表面淬火除應在真空中進行外，其他特點與激光相同。當電子束轟擊金屬表面時，轟擊點被迅速加熱。電子束穿透材料的深度取決于加速電壓和材料密度。
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