激光表面淬火的原理與普通熱處理相同，但加熱時間很短(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，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，還可以通過改變光束擺動的幅度和頻率來調(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。為了不因后一個掃描條邊緣處的熱量而使前一個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?？?/strong>。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)生器價格昂貴。
由于激光表面淬火的上述優(yōu)點(diǎn)，雖然研制時間短，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)動機(jī)缸套、軸承套圈和導(dǎo)軌等。鐵軌等等。