常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。
（一）表面淬火
钢的表面淬火一般分为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火等。表面淬火使工件表层得到高硬度的淬火马氏体，而心部仍然保持原有的韧性。
1．火焰加热表面淬火
采用乙炔—氧（或煤气—氧）的混合气体燃烧的火焰迅速加热工件表面，至淬火温度后快速冷却(如喷水)的淬火工艺，叫火焰加热表面淬火。淬硬层深度一般为2～6mm。这种淬火方法设备简单，操作方便，成本低廉，特别适用于大型工件、单件、小批生产。但加热温度较难控制，因而淬火质量不稳定。
2．感应加热表面淬火
如图2—4所示，将工件放在通有高频(中频、工频)电流的线圈中，利用感应电流通过工件产生热效应（集肤效应），使工件表层(或局部)迅速加热并进行快速冷却的淬火工艺，叫感应加热表面淬火。由于加热时间短，淬火表层组织细、性能好，感应加热表面淬火生产效率高，工件表面氧化、脱碳极少，变形也小，淬硬层深度易于控制，容易实现自动化。但设备费用昂贵，适宜用于形状简单的工件大批量生产。
（二）化学热处理
化学热处理是将工件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。通过化学热处理可提高工件表面的硬度和耐磨性，也可提高工件表面的耐蚀性、耐热性等。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗硼、铝、铬、硅等。
钢件的渗碳应用较广。渗碳是将工件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体状态，保温一段时间，使碳原子渗入工件表层，提高表层含碳量，从而增加表面的硬度及耐磨性。渗碳工件材料一般为低碳钢。
渗碳工艺常用的有气体渗碳和固体渗碳。渗碳后，仍需对工件进行淬火和低温回火处理。