Если наряду с работой в условиях сложного напряженного состояния, деталь подвергается интенсивному износу, применяют поверхностное упрочнение: используют поверхностную закалку, чаще всего с нагрева ТВЧ, или применяют химико-термическую обработку. В результате такой обработки изделия имеют высокую твердость поверхности, а основное сечение при этом обладает хорошими пластическими свойствами и ударной вязкостью.
Поверхностный нагрев под закалку токами высокой частоты (ТВЧ) производится в индукторе, повторяющем внешние контуры детали. Электрические параметры процесса и время нагрева позволяет строго регламентировать необходимую толщину слоя, нагреваемого до температуры закалки. После достижения заданной температуры, генератор ТВЧ отключают и производят закалочное, чаще всего спреерное, охлаждение, струями воды, подаваемой под давлением через отверстия в спреере, совмещенном с индуктором. Поверхностные слои, нагретые до температуры выше Ас3+70…100°С закаливаются на мартенситную структуру, а сердцевинные области, не подвергавшиеся нагреву имеют исходную структуру, полученную в результате предварительной нормализации или улучшения
Химико-термическая обработка состоит в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделия неметаллами (С, N, Si, B и др.) или металлами (Cr, Al и др.) при повышенной температуре в активной газовой или жидкой среде и последующей термической обработке изделия.
Наибольшее применение имеют такие виды ХТО, как: цементация, нитроцементация, азотирование. Производится также насыщение бором - борирование, кремнием - силицирование, алюминием - алитирование, хромом - хромирование.
Цементация насыщение поверхностных слоев изделий из низкоуглеродистой стали углеродом, чаще всего из газовой атмосферы, содержащей большое количество окиси углерода СО и углеводородов. Процесс насыщения протекает при температуре 950-980°С в течение нескольких часов. Оптимальная толщина науглероженного слоя для большинства деталей составляет 0,7-1,2 мм, содержание углерода на поверхности »0,8%. После науглероживания изделия подвергают закалке с объемного повторного нагрева. В результате цементации и закалки поверхностные науглероженные слои приобретают высокую твердость и износостойкость, а малоуглеродистая сердцевина обеспечивает достаточную надежность детали в эксплуатации, поскольку она сохраняет высокую пластичность и ударную вязкость.
Лучших эксплуатационных характеристик удается достичь при одновременном насыщении поверхности углеродом и азотом. Процесс называется нитроцементацией и во многом подобен цементации. Температура насыщения несколько ниже 850…870 °С, активная атмосфера дополнительно содержит аммиак. Закалка производится непосредственно после завершения диффузионного насыщения, используя нагрев этого этапа.
Кроме повышения износостойкости и усталостной прочности некоторые виды ХТО повышают окалиностойекость, теплостойкость, сопротивление коррозии и воздействию агрессивных сред (борирование, силицирование, алитирование и хромирование).