电子束表面淬火是将工件置于低真空室中，用10³～10⁶W/cm²的高速电子流轰击工件表面，在极短的时间内，把钢件的表面加热到钢的相变点以上，由于电子束能量极高、集中，加热层很薄，可以靠自激冷却进行淬火，表面层转变为晶粒极细的马氏体。用线状电子束扫描装置可得到长期方形的硬化层，这样能量分布较为均匀，可以得到较理想的硬化层。

电子束的功率密度和加热时间是电子束加热的主要参数。在其他因素相同情况下，随着功率密度的增加，淬硬层深度增加，淬硬层硬度提高。在相同的条件下，淬硬层深度随着加热时间的增加而加深。但是加热时间过长，会使金属基体变热，影响自激冷却效果。加热时间可用工件移动速度来调整，扫描速度过快起不到硬化效果，过慢会引起材料表面出现微熔。扫描速度一定时，功率增大则使实际奥氏体化温度升高，引起马氏体组织粗化。改变电子束的功率密度和扫描速度，可以改变淬火带的宽度和淬硬层深度。由于电子束的射程长，局部淬火部分的形状不受限制，即使是深孔底部及狭小的沟槽内部也能淬火。表面淬火加热所需能量密谋只需10³W/cm²，控制表面温度低于熔点，在奥氏体转变温度下维持一定时间，以增加淬硬层深度。电子束工作时，依次照射每个特定的点，在一定点停留20～100ms后，以其热影区可以忽略的极快速度，在1ms之内将电子束移到下一个点，形成淬火工件要求的图案。

电子束热处理是在真空中进行，所以无氧化脱碳现象发生，处理后表面呈白亮色。电子束淬火后，零件几乎不发生变形，可以作为最后一道工序，淬火后可直接装配使用。经电子束加热表面淬火后，工件表面层呈压应力状态，有利于提高疲劳强度，从而延长工件使用寿命。

电子束加热表面淬火，表层得到晶粒极细小的隐晶马氏体，可以提高材料的强度与韧性，其硬度比常规热处理高1～3HRC，如正火状态的45钢经电子束表面淬火后，硬度约为800～830HV，淬硬层深度可达0.2～0.3mm，T10A可达65～67HRC，GCr15可达67HRC以上，Cr12MoV可达800～700HV。磨损试验表明，电子束淬火比常规热处理的耐磨性提高5倍。

对汽车离合器凸轮进行选择性表面淬火，每个工件需淬火8个部位，硬化层深度1.5mm，表面硬度58HRC。采用这种方法处理，避免了用感应加热表面淬火难以克服的变形问题。用电子束表面淬火强化T10钢冲模，先用780～800℃，油淬，180～200℃回火，硬度为58～60HRC，刃口部分用聚焦电流495mA，加速电压为45kV，束流为101mA，束宽20mm，移动速度为30mm/s的电子束加热淬火，表面硬度可达65～66HRC。