Для получения большой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины (что обеспечивает износоустойчивость и одновременно высокую динамическую прочность) применяют поверхностную закалку или химико-термическую обработку. Поверхностная закалка выгодно отличается от химико-термической обработки значительно меньшей продолжительностью процесса.

Несмотря на большое разнообразие методов поверхностной закалки, все они заключаются в нагреве только поверхностного слоя с последующей закалкой детали. Методы нагрева могут быть различными:

а) в расплавленных металлах или солях;

б) пламенем ацетиленокислородной или газовой горелки, так называемая пламенная закалка;

в) в электролитах;

г) лучом лазера;

д) электротоком, индуцируемым в поверхностных слоях детали; в этом случае ток высокой частоты индуцируется в поверхностных слоях закаливаемой детали, так называемая индукционная, или высокочастотная закалка.

Последний способ широко используют в машиностроении.

Сущность любого способа поверхностной закалки состоит в том, что поверхностные слои детали быстро нагреваются выше критических точек, и создается резкий градиент температур по сечению (рис. 6.10). Если нагрев прервать и провести быстрое охлаждение, то слой металла, нагретый выше Ас₃ (I), получит полную закалку; слой, нагретый выше Ас₁ но ниже Ас₃ (II) –  неполную закалку, а сердцевина (III) или вовсе не нагреется, или нагреется только ниже Ас₁, и закалки не получит.

Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделии, помещенном в переменное магнитное поле. Для нагрева изделие устанавливают в индуктор, представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки или шины (рис. 6.11). Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи, и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулева тепла.

Глубина проникновения тока увеличивается с повышением температуры и наиболее сильно возрастает выше точки Кюри (768 °С) вследствие резкого уменьшения магнитной проницаемости при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние и увеличения электросопротивления. Одновременно уменьшается скорость нагрева, что нужно учитывать при установлении режима нагрева.

Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали. Когда изделие работает только на износ или в условиях усталости, толщину закаленного слоя чаще принимают 1,5 – 3,0 мм; в условиях высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки 4 – 5 мм. В случае особо больших контактных нагрузок (например, для валков холодной прокатки) толщина закаленного слоя достигает 10 – 15 мм и выше. Обычно считают, что площадь сечения закаляемого слоя должна быть не более 20 % всего сечения.

Ограниченность применения метода индукционного нагрева состоит в том, что для отдельных единичных деталей его применять нецелесообразно, так как стоимость индуктора и подбор режимов в этом случае слишком удорожает процесс. Однако в условиях массового и серийного производства, когда установка загружена полностью, а стоимость индуктора на одну деталь ничтожна, эти недостатки практически отсутствуют.