通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。通过对工件表层的加热、冷却、改变表层组织结构，获得所需性能的金属热处理工艺。钢件的表面热处理，可获得表面高硬度的马氏体组织，而保留心部的韧性和塑性，提高工件的综合机械性能。
如对一些轴类、齿轮和承受变向负荷的零件，可通过表面热处理，使表面具有较高的抗磨损能力，使工件整体的抗疲劳能力大大提高。表面热处理最主要的内容是钢铁的表面淬火，可分为火焰表面淬火和感应加热表面淬火。
表面淬火：通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。为了达到只加热工件表层的目的，要求所用热源具有较高的能量密度。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火。化学热处理：将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖层，以改变表层的组织和化学成分，从而使零件的表面具有特殊的机械或物理化学性能。通常在进行化学渗的前后均需采用其他合适的热处理，以便最大限度地发挥渗层的潜力，并达到工件心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。
根据渗入元素的不同 ，化学热处理可分为渗碳 、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等。接触电阻加热淬火：通过电极将小于 5伏的电压加到工件上，在电极与工件接触处流过很大的电流，并产生大量的电阻热，使工件表面加热到淬火温度，然后把电极移去，热量即传入工件内部而表面迅速冷却，即达到淬火目的。当处理长工件时，电极不断向前移动，留在后面的部分不断淬硬。这一方法的优点是设备简单，操作方便，易于自动化，工件畸变极小，不需要回火，能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力，但淬硬层较薄（0.15～0.35毫米）。显微组织和硬度均匀性较差。这种方法多用于铸铁做的机床导轨的表面淬火，应用范围不广。电解加热淬火：将工件置于酸、碱或盐类水溶液的电解液中，工件接阴极，电解槽接阳极。接通直流电后电解液被电解，在阳极上放出氧，在工件上放出氢。氢围绕工件形成气膜，成为一电阻体而产生热量，将工件表面迅速加热到淬火温度，然后断电，气膜立即消失，电解液即成为淬冷介质，使工件表面迅速冷却而淬硬。常用的电解液为含 5～18%碳酸钠的水溶液。电解加热方法简单，处理时间短，加热时间仅需5～10秒，生产率高，淬冷畸变小，适于小零件的大批量生产，已用于发动机排气阀杆端部的表面淬火。
调质处理是淬火+高温回火=是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。而热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体(tempered sorbite)是马氏体于回火时形成的，在光学镜相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，近而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙jue或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是前者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、盐类介质或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
