表面硬化（case hardening）

一顆齒輪的齒有兩個互相衝突的願望：表面要硬如玻璃以抵抗磨耗與壓痕，心部卻要保持韌性，才不會在衝擊負載下整顆折斷。表面硬化同時滿足兩個願望，在柔軟而堅韌的心部之外做出一層硬殼（「表層」）。可以想成軟心外裹著一層硬糖殼。

做法大致有兩類。一類是改變表面化學，使只有表層變得可硬化：滲碳把額外的碳打進低碳鋼表面，在富碳氣氛中加熱到足以讓碳擴散進入（遵循菲克定律，愈深的表層需要愈長時間），再淬火，於是高碳的表層變成硬麻田散鐵，而仍為低碳的心部保持柔軟堅韌。氮化則在較低溫下讓氮擴散進入形成硬氮化物，變形極小。另一類完全不改變化學，只是快速地只加熱表面：感應加熱或火焰硬化用線圈或火焰掃過零件，使只有表層達到沃斯田鐵並在心部尚未變熱前就淬成麻田散鐵。

表面硬化遍布於必須同時抵抗磨耗與衝擊的零件：齒輪、凸輪軸、軸承滾道、曲軸軸頸與手工具。硬表層還能對抗疲勞，因為它使表面處於殘留壓應力狀態，抑制裂縫起始。誠實的提醒：表層很薄（常只有零點幾毫米到數毫米），可能被磨穿或磨掉；而以化學方式形成的表層因擴散緩慢而需要時間生長，所以深表層代價昂貴。