表面热处理和化学热处理是金属材料热处理领域中两种重要的工艺方法，它们在改善材料表面性能方面发挥着关键作用，但两者的原理、工艺过程和应用特点存在明显差异。

一、表面热处理

定义与原理
表面热处理是通过快速加热和冷却工件表层，改变其显微组织结构，从而获得高硬度、高耐磨性等特殊性能的工艺。其核心在于利用热源（如高频感应、火焰、激光等）对工件表层进行局部加热，随后通过淬火介质（水、油等）快速冷却，使表层组织发生马氏体转变，而心部仍保持原有组织状态。

主要工艺方法

1. 表面淬火

   • 高频感应淬火：利用高频电流产生的集肤效应，使工件表层快速升温至奥氏体化温度，随后喷水冷却。

   • 火焰淬火：通过氧-乙炔火焰加热工件表层，达到淬火温度后喷水冷却。

   • 激光淬火：利用高能量密度激光束扫描工件表面，实现快速加热和自冷淬火。

   
   

2. 表面形变强化

   • 喷丸强化：通过高速弹丸撞击工件表面，产生塑性变形层，提高表面硬度和疲劳强度。

   • 滚压强化：利用滚轮对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，细化晶粒并提高表面质量。

   
   

应用特点

• 优势：工艺简单、成本低、效率高，适用于大批量生产。

• 局限性：仅改变表层组织结构，不涉及化学成分变化，耐磨性和耐蚀性提升有限。

• 典型应用：汽车齿轮、曲轴、模具等需要高表面硬度和耐磨性的零件。

二、化学热处理

定义与原理
化学热处理是通过将工件置于含有活性元素的介质中，在高温下使活性元素渗入工件表层，改变其化学成分和组织结构，从而获得优异的表面性能。其核心在于利用原子扩散机制，使渗入元素与基体金属形成固溶体或化合物，显著提高表层的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性。

主要工艺方法

1. 渗碳

   • 将工件置于含碳介质（如气体、液体或固体渗碳剂）中，加热至900-950℃，使碳原子渗入表层，形成高碳马氏体组织。

   
   

2. 渗氮

   • 在氨气气氛中加热至500-570℃，使氮原子渗入工件表层，形成氮化物硬化层，显著提高耐磨性和耐蚀性。

   
   

3. 碳氮共渗

   • 同时渗入碳和氮元素，综合提高工件表面的硬度和韧性。

   
   

4. 渗硼、渗铝、渗铬等

   • 渗硼可形成高硬度的硼化物层，提高耐磨性和抗粘着性；渗铝和渗铬可形成致密的氧化膜，提高抗高温氧化性和耐蚀性。

   
   

应用特点

• 优势：通过改变表层化学成分，显著提高耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性，适用于恶劣工况下的零件。

• 局限性：工艺复杂、周期长、成本高，且对设备要求较高。

• 典型应用：发动机气缸套、模具、刀具、航空航天零件等需要高耐磨性和耐蚀性的关键部件。

三、表面热处理与化学热处理的比较

四、选择建议

• 表面热处理适用于需要快速提高表面硬度和耐磨性，且对成本敏感的场景，如汽车齿轮、曲轴等。

• 化学热处理适用于对耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性有极高要求的场景，如发动机气缸套、模具、刀具等。