在機械制造領域，零件的性能直接決定了其使用壽命和可靠性。對于需要同時具備表面高硬度、耐磨性以及心部韌性的零件，表面強化工藝成為關鍵技術。這些工藝通過改變材料表層的組織結構或化學成分，實現“表硬里韌”的特性，從而滿足復雜工況下的性能需求。

表面熱處理是應用最廣泛的強化手段之一，其中表面淬火通過快速加熱使表層奧氏體化后淬火，形成高硬度馬氏體層，同時保持心部韌性。該工藝適用于承受彎曲、扭轉或沖擊的零件，如齒輪、軸類等。材料選擇上，0.4%-0.5%碳含量的中碳鋼因兼顧表面硬度與心部韌性成為首選，而鑄鐵則通過表面淬火提升耐磨性。工藝流程中，調質或正火作為預備熱處理，為后續淬火提供組織準備，最終低溫回火（不超過200℃）用于消除內應力并保留高硬度。

感應加熱是表面淬火的典型方法，通過交變電流在工件表面產生渦流實現快速升溫。根據頻率不同，高頻（250-300KHz）、中頻（2500-8000Hz）和工頻（50Hz）加熱分別對應0.5-2mm、2-10mm和10-15mm的淬硬層深度。火焰加熱因成本低被用于簡單零件，而激光熱處理則以高效、高質量的特點應用于精密領域。

化學熱處理通過介質分解、活性原子吸收和擴散三個階段，改變表層化學成分與組織。滲碳工藝向低碳鋼表層滲入碳原子，形成0.85%-1.05%碳含量的高硬度層，厚度通常為0.5-2mm，適用于需要耐磨性的齒輪和曲軸。滲氮工藝則在中碳鋼表層形成氮化物，硬度達69-72HRC，且在600-650℃高溫下仍能保持性能，常用于精密軸類和輕載齒輪。氣體滲碳、固體滲碳和真空滲碳是主要方法，其中真空滲碳以速度快、質量優成為高端制造的首選。

表面形變強化通過常溫塑性變形提升性能。噴丸工藝利用高速彈丸撞擊表面，產生殘余壓應力，適用于復雜形狀零件的磨削或電鍍后處理。滾壓工藝則通過淬火鋼滾子壓平表面粗糙峰，形成有利壓應力，常用于圓柱面、錐面等簡單形狀零件的加工。這兩種方法均以工藝簡單、成本低廉著稱，是提高抗疲勞能力的有效手段。

表面覆層強化通過物理或化學方法在基材表面形成涂層。金屬噴涂技術將熔化或半熔化的金屬粉末噴射至工件表面，廣泛應用于航空航天和電子領域。電鍍和化學鍍通過沉積金屬層改善耐磨性，其中化學鍍無需外加電源，可在非金屬表面形成均勻鍍層。氣相沉積技術分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD），前者利用真空蒸發、濺射或離子鍍形成薄膜，后者通過氣體反應生成金屬或化合物涂層，均以膜層致密、附著力強為特點，適用于機械、光學和輕工業領域。

熱處理工藝的時機安排對零件性能至關重要。預備熱處理通常在毛坯生產后、切削加工前進行，以消除內應力并調整組織。正火和退火用于細化晶粒，調質處理則提升綜合性能，為最終熱處理做準備。淬火與回火或化學熱處理作為最終工序，一般安排在半精加工后、磨削加工前，確保零件在最終尺寸下獲得最佳性能。