激光表面淬火的原理與普通熱處理相同，但加熱時(shí)間很短(在千分之幾秒至零點(diǎn)幾秒范圍內(nèi))、面積小、冷卻時(shí)間短，即用激光作為熱源，快速加熱金屬表面一小塊區(qū)域，使其奧氏體化，然后淬火強(qiáng)化。理論和實(shí)踐都證實(shí)，表面溫度和熱穿透深度都與激光照射持續(xù)時(shí)間的平方根成正比。因此，可以通過適當(dāng)調(diào)整光斑尺寸、掃描速度和激光功率來控制表面溫度和熱穿透深度。當(dāng)激光束離開被加熱表面時(shí)，那里的熱量很快轉(zhuǎn)移到表面其余的冷態(tài)，相當(dāng)于自冷淬火，無需采取其他快速冷卻措施。激光束掃描時(shí)，還可以通過改變光束擺動(dòng)的幅度和頻率來調(diào)節(jié)功率密度，從而控制淬火層的深度和覆蓋范圍。
由于激光光斑或光束擺動(dòng)的幅度很小，只能通過光束在零件表面一一掃描來加熱。為了不因后一個(gè)掃描條邊緣處的熱量而使前一個(gè)掃描條的淬火部分回火和軟化，應(yīng)努力使光束或振蕩表面邊緣的能量分布陡峭為可能的，這也可以使用光柵來實(shí)現(xiàn)。
與感應(yīng)加熱表面淬火類似，一般鋼鐵材料激光表面淬火后的組織也分為表面完全淬火區(qū)、亞層不完全淬火區(qū)(過渡區(qū))和心部未淬火區(qū)。
與普通熱處理相比，激光淬火技術(shù)具有以下特點(diǎn)。
1、加熱速度極快，工件熱變形極小。由于激光功率密度高，加熱速率可達(dá)1010℃/s，熱影響區(qū)小，工件熱變形小。
2、冷卻速度非常快。在工件有足夠質(zhì)量的前提下，冷卻速率可達(dá)1023℃/s;不需要冷卻介質(zhì)，通過從表面向內(nèi)部的熱傳導(dǎo)進(jìn)行自冷淬火。
3、工件經(jīng)激光淬火后，表面獲得細(xì)小的馬氏體組織，具有較高的表面硬度(比普通淬火硬度值高15%～20%)和較高的疲勞強(qiáng)度(表面有殘余壓應(yīng)力以上) 4000MPa)。
4、由于激光束的掃描(加熱)面積很小，可以加工形狀復(fù)雜的工件(如小凹槽、盲孔、小孔、薄壁件等)或局部加工加工非常精確，還可以根據(jù)需要對(duì)同一零件的不同部位進(jìn)行不同的處理。
5、不需要加熱介質(zhì)，不會(huì)排放氣體污染環(huán)境，有利于保護(hù)環(huán)境。
6、節(jié)能，且工件表面潔凈，處理后無需打磨，可作為工件精加工的最后一道工序。
激光表面淬火的最大缺點(diǎn)是激光發(fā)生器價(jià)格昂貴。
由于激光表面淬火的上述優(yōu)點(diǎn)，雖然研制時(shí)間短，但進(jìn)展快，已成功應(yīng)用于一些機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，如變速箱齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、軸承套圈和導(dǎo)軌等。鐵軌等等。