Изнашивается, как правило, поверхностная зона металла. В некоторых случаях, когда незначительные изменения геометрических размеров детали приводят к выходу из строя всего узла или машины, величина износа составляет всего лишь несколько микрометров. В связи с этим необходимо упрочнение только поверхностных слоев. Одним из способов, который может в некоторых случаях решить такую задачу, является термическая обработка поверхностных слоев методами Т.В.Ч. или химико-термическая обработка.
Поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты достаточно распространенный метод упрочнения, при котором в поверхностном слое реализуется классическая схема закалки, основанная на превращении аустенита в мартенсит. Толщина упрочнённого слоя достигается регулированием глубины прогрева деталей при равном по всему объёму содержании углерода которое должно превышать 0,3%. Максимальная твёрдость на поверхности за счёт высокой скорости нагрева и кратковременной выдержки на 5-7 НRС выше твердости тех же сталей, закалённых при печном нагреве.
Закалка Т.В.Ч. повышает износостойкость упрочнённого слоя вследствие образования в поверхностном слое напряжений сжатия и незначительного повышения твёрдости. Это достаточно прогрессивный метод допускающий применение автоматизации и механизации производства. Однако он не свободен от недостатков т.к. для его осуществления требуется специальное оборудование - высокочастотные генераторы, эксплуатация которых связана с и большим расходом электроэнергии.
Термическая обработка токами высокой частоты может производиться на плоских поверхностях или на деталях, имеющих форму тел вращения. При этом поверхность детали приобретает высокую твёрдость и существенную износостойкость, а сердцевина детали остаётся достаточно пластичной, способной воспринимать динамические и знакопеременные нагрузки. Применение закалки ТВЧ ограничивается тем, что этот процесс эффективен не для любых материалов.
Для повышения износостойкости деталей из сплавов не воспринимающих закалку наиболее эффективно применение химико-термической обработки: насыщение поверхностного слоя стали углеродом - цементация, азотом - азотирование, азотом и углеродом одновременно - цианирование, бором - борирование, с последующей термической обработкой по соответствующим режимам. При этом поверхность стали приобретает иной состав, содержащий очень твёрдые включения: карбиды, нитриды, бориды. Структура матрицы такого сплава после термической обработки становиться в поверхностном слое и сама достаточно твёрдой, и за счёт включений карбидов, нитридов, боридов, увеличивающих ещё более агрегатную твёрдость вследствие чего приобретает весьма высокую износостойкость, сохраняя в сердцевине необходимую пластичность и следовательно способность работать в различных условиях нагружения.

Цементацию обычно производят при 940-960°С. Глубина цементированного слоя в сталях с содержанием углерода 0,10...0,30 % достигает 2,5 мм. При этом содержание углерода у поверхности составляет 0,8... 1,0%. Закалка детали после насыщения с последующим низким отпуском при 160...180°С обеспечивает получение мартенситной структуры поверхностного слоя с твердостью на уровне 60...62 НRС. Сопротивляемость изнашиванию цементированой поверхности сопоставима с сопротивляемостью изнашиванию заэвтектоидных инструментальных сталей.

Азотирование осуществляется с использованием аммиака при температуре 550...650°С и длительности процесса 40...80 часов. По механизму структурообразования упрочнённого слоя, глубина которого около 0,5 мм, есть существенные отличия от цементации и закалки Т.В.Ч., так как упрочнение в этом случае происходит не за счёт мартенситного превращения, а благодаря образованию нитритов Fe2N, Fе4М, AlN, Сr2N и др. При этом в последующей закалке нет необходимости, т.к. она не может повлиять на твёрдость поверхности детали.
Азотированный слой обладает высокой устойчивостью к тепловому воздействию при эксплуатации. Разупрочнение мартенсита закалки и, следовательно, снижение твердости в сталях перлитного класса начинается при температурах 200...250°С, в то время как азотированный слой сохраняет свои свойства даже при 500...600°С, что и предопределяет его высокую износостойкость. Окончательную механическую обработку деталей, производят только до азотирования. После азотирования возможно выполнение только шлифования, что обуславливается малой толщиной и высокой твердостью азотированного слоя. Насыщение поверхности детали бором в твердых, жидких и газовых средах производят при температуре 1000...1100°С. Упрочнённый слой твёрдостью 1600...2000 НV. Характеризуется наличием столбчатых кристаллов с ромбическими тетрагональными боридами, которые очень устойчивы к тепловому воздействию и сохраняют твёрдость до 800°С. Недостатком борированного слоя является его хрупкость. В условиях абразивного изнашивания, особенно с ударами борирование менее эффективно, т.к. упрочнённый слой небольшой толщины (0,1...0,3 мм) продавливается абразивными частицами, растрескивается и отслаивается.

Титанирование производится в порошковых смесях, расплавах солей электролизным, безэлектролизным способом, в паровой фазе и с использованием вакуума, в газовых смесях, а также с местным с нагревом Т.В.Ч. Титанирование при 1100... 1250°С, обеспечивает получение высокой микротвердости и толщины слоя в пределах 0,3...0,5 мм.

Недостатками всех приведенных выше методов, кроме цементации и закалки Т.В.Ч. являются небольшая толщина упрочненного слоя и плохая его связь со структурой базового металла. При форсированных режимах эксплуатации упрочнённый слой быстро срывается с поверхности детали. В частности, борирование пытались применять для упрочнения пластин пресформ и шарошек буровых долот, но безуспешно, т.к. слой в процессе работы растрескивался и отслаивался [17]. Некоторые из приведенных выше методов упрочнения не технологичны, производственный цикл имеет достаточно длительный период, культура производства приведенных технологий требует модернизацию, механизация труда рабочих ограничена.