火焰加熱表面淬火是將火焰或燃燒產物噴射到工件表面，通常是局部表面，使其加熱到臨界點之上[Ac1+（80~100℃）]溫度，隨後用水流或其他介質冷卻而獲得表面硬化(層深約2~8mm) 的熱處理工藝。
火焰直接噴射的區域升溫最快(大於1000℃/min),溫度最高，在其附近的熱擴散區則加熱較慢，因而常需擺動火焰或延遲淬火，使之溫度均勾化。
常用熱源有乙炔、煤油、甲烷、丙烷、城市煤氣等與氧的混合氣體。加熱器則有火焰噴頭及燃燒加熱器(套用較少) 兩類。前者使高溫火焰(2000℃以上)以6 -8mm距離直接噴向工件; 後者則使燃料及空氣在有耐火材料襯裡的燃燒室中燃燒，然後使燃燒產物噴向工件。為使加熱更趨均勻，工件的加熱和淬火可在專用淬火工具機進行。
火焰加熱淬火可按同時加熱或連續加熱方法進行。工件淬火前應經調質或正火以改善心部組織。
淬火介質中最常用的是水。中碳鋼工件可用水或w(NazCO3)5%~10%水溶液，水溫應高於15~18℃，以免淬裂。形狀複雜或w(C) 大於0.6%的碳鋼件及合金件，可用30~40℃溫水、聚乙烯醇水溶液、乳化液、肥皂水和油等。也可用噴霧冷卻。
火焰表面淬火後常在爐中進行180~200℃的低溫回火。淬火表面在磨削之後應進行第二次回火，以減少殘餘應力。大型工件可採用火焰回火或自回火。火焰回火可在淬火全部結束後進行，也可在噴水冷卻後緊接著進行。此時，回火噴嘴在噴水器後面，用擋水板隔開。
火焰淬火設備簡單、操作方便、靈活性大。對單件小批量生產或需在戶外淬火，或運輸拆卸不便的巨型零件、淬火面積很大的大型零件、具有立體曲面的淬火零件等尤其適用，因而在重型、冶金、礦山、機車、船舶等工業部門得到了廣泛的套用。
火焰淬火容易發生過熱，溫度及淬硬層深度的測量和控制較難，因而操作人員的技藝水平要求也較高。
