1）感应表面淬火
感应表面淬火是指利用感应电流通过共建所产生的热量，使工件表面、局部或整体加热并快速冷却的热处理工艺。如图2-3所示为感应表面淬火示意图。将工件放入感应器（线圈）中，感应器通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，并在工件内部产生同频率的感应电流，并自成回路，称为涡流。涡流在工作截面上分布不均匀，表面密度大，心部密度小。涡流具有“集肤效应”，电流频率越高，涡流越趋近于工件表面。由于工件本身有电阻，因此集中于工件表层的涡流可使表层迅速被加热到淬火温度，而心部仍接近于室温，在喷水快速冷却后，工件表层被淬硬，达到表面淬火的目的。
感应表面淬火时，淬硬层深度主要取决于电流的频率，频率越高淬硬层越薄。按电流频率不同，感应表面淬火分3种：高频感应表面淬火（常用频率为200～300 kHz，淬硬层深度为0.5～2 mm）、中频感应表面淬火（常用频率为2 500～8 000 Hz，淬硬层深度为2～10 mm）、工频感应表面淬火（常用频率为50 Hz，淬硬层深度为10～20 mm）。
图2-3 感应表面淬火示意图
与普通淬火相比，感应表面淬火加热速度极快，加热温度高，奥氏体晶粒均匀细小，淬火后可在工件表面获得极细马氏体，其硬度比普通淬火高2～3 HRC，且脆性较低，因马氏体体积膨胀，工件表层产生残留压应力，抗疲劳强度提高20%～30%，工件表层不易氧化和脱碳，变形小，淬硬层深度易控制。但感应表面淬火设备较贵，维修调整较困难，对形状复杂的零件不易制造感应器，更适用于小型模具零件的感应表面淬火处理。
2）火焰表面淬火
火焰表面淬火是将高温火焰（如氧乙炔焰、氧丙烷焰）喷向工件表面，将其迅速加热到淬火温度，再立即加以冷却，使其表面具有高硬度、心部具有足够强度和韧性的一种表面热处理工艺，其淬硬层深度一般为2～6 mm。如图2-4所示为火焰表面淬火示意图。
与感应淬火相比，火焰淬火的设备简单、操作方便、生产成本低。但因火焰温度高，若操作不当工件表面容易过热或加热不均，造成硬度不均匀，淬火质量难以控制，易产生变形与裂纹。适用于中碳钢、中碳合金钢大型模具和小批量生产、多品种模具的热处理，如汽车车身覆盖件大型拉深模、大型冲模等模具的表面淬火。
我国自行研发的7CrSiMnMoV火焰淬火冷作模具钢，经氧乙炔焰加热到淬火温度后空冷即可达到淬硬的目的，而且能使模具制造周期缩短近10%，价格降低10%～20%，节省能源80%左右。
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图2-4 火焰表面淬火示意图
3）激光表面淬火
激光表面淬火也称为激光相变硬化，是利用高功率密度的激光束快速照射到工件表面，在极短的时间内，使被照射工件表面由于吸收激光的能量而迅速升温，当激光束移开后，工件通过其自身的“自冷淬火”来提高位错密度、细化组织、提高固溶含碳量从而使表面得到强化的技术。利用该方法对低碳钢、中碳钢和低合金工具钢等进行处理后，能够获得细晶马氏体组织，位错密度比常规加热淬火显著提高，淬火组织细小、硬度显著提高（比普通淬火的硬度高15%～20%），模具变形小，几乎无氧化脱碳，对模具的表面粗糙度没有太大影响，并使材料表面的综合性能得到很大改善，耐磨性显著提高。
激光表面淬火可以改善模具的表面硬度、耐磨性、耐热稳定性、抗疲劳性和断裂韧度等力学性能，是提高模具使用寿命的有效途径之一。例如，GCr15钢制轴承保持架冲孔用冲孔凹模，常规处理后的使用寿命为1.12万次，经激光处理后的寿命可达2.8万次；GCr15钢制挤压孔边用压坡模具，经激光处理后可连续冲压6 000件，而按常规热处理工艺处理后，最高使用寿命仅为3 000件。传统的火焰淬火处理大型的汽车覆盖件模具，其表面的淬火硬度一般只能达到40～50 HRC，而采用激光表面淬火后，其表面的淬火硬度可以提高到55～65 HRC，极大地提高了模具的耐磨性，延长了模具的使用寿命。
4）电子束表面淬火
电子束是指一束集中的高速电子，当照射到金属表面时，与金属表面电子发生碰撞，从而使被处理的金属表面温度迅速升高。如图2-5所示为电子束产生及工作原理。钨丝为发射电子的电子源，在阴极和阳极之间最高电压为60 kV的直流高压，调节电压的大小可以改变加速电子的速度，高速的电子流通过磁性聚焦线圈，可将电子束聚焦成各种不同尺寸的束流，被聚焦的束流在低真空室内轰击工件表面，从而实现加热，并可防止工件熔化过程中的氧化。
电子束表面淬火是利用106～108 W／cm2的高能量密度电子束轰击工件表面，电子与工件材料中的原子相碰撞，给原子以能量，使受轰击的工件表面温度迅速升高，在几分之一秒内使工件表面加热到相变温度以上，而基体保持冷态，电子束轰击一旦停止，工件表面依靠自激冷却，实现淬火的表面热处理工艺。
由于电子束能量非常集中，故加热速度极快（3 000～5 000℃／s），冷却速度快，从而获得超细晶粒组织，使得工件表层的强韧性、耐磨性显著提高，这是电子束表面淬火的最大特点。另外，由于加热层薄，故可进行自激冷淬火，且淬火后其硬度比常规淬火高1～2 HRC。由于电子束加热速度极快，使模具零件变形极小，故淬火后无须后续的校正工作。电子束加热淬火后的金相组织为细晶结构。与激光表面淬火相比，电子束表面淬火工艺更易控制、成本更低廉。
图2-5 电子束产生及工作原理示意图
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