通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。

有些在工作時經受摩擦、表面容易磨損的零件，其表面應有抗磨損能力。有些工件在反復彎曲的作用下工作，易產生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能力，而抗疲勞能力又與零件的表面強度和內應力狀態有關。表面強度高，又存在壓縮內應力時，抗疲勞能力就強。機床、礦山機械等的齒輪經表面淬火后耐磨性明顯提高。汽車后半軸經高頻感應加熱淬火后的抗疲勞能力遠高于整體調質者。

最常用的表面熱處理工藝有感應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。當處理長工件時,電極不斷向前移動,留在后面的部分不斷淬硬。這一方法的優點是設備簡單，操作方便，易于自動化,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床導軌的表面淬火，應用范圍不廣。

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。常用的電解液為含 5～18%碳酸鈉的水溶液。電解加熱方法簡單，處理時間短，加熱時間僅需5～10秒,生產率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產，已用于發動機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 (106瓦/厘米2)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。由于照射點升溫特別快，熱量來不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時，照射點周圍的金屬便起淬冷介質的作用而大量吸熱，使照射點迅速冷卻，得到極細的組織，具有很高的力學性能。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年代開始研究和應用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續退火,能量密度最高可達10 8瓦/厘米 2。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。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 0.16毫米。電子束在很短時間內轟擊表面，表面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態。當電子束停止轟擊時，熱量迅速向冷基體金屬傳導，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進行"自冷淬火"，整個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間有關。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時間僅零點幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學性能。