對于鋼結構件的激光表面硬化處理，以往采用二氧化碳激光器系統能耗大，光電轉換效率只有10%，因此沒有流行起來。如今，隨著高功率半導體激光器的發展，其光電轉換效率提高到了50%，完全克服了這一缺點，且激光具有諸多優點，因此提供了一種經濟有效的替代常規感應淬火硬化的方法。

熱處理是一種提高鋼件耐磨性和抗疲勞性的常用方法。在這一過程中，熱源靠近工件表面，將指定區域加熱到900 ~ 1500℃，鋼件中的鐵素體轉變為奧氏體。此時，碳原子沉積在高溫晶格結構中。隨后冷卻到100°C以下，由于冷卻速度快，碳原子不再向外擴散，結果形成了硬質馬氏體。

圖1 對模具表面進行激光硬化處理

感應淬火是一種常用的熱處理方法。其原理：零件通常放在一個銅線圈內，線圈內通過一定頻率的交流電。線圈和零件組成一個振蕩電路。這一過程導致高頻磁化，然后引起工件加熱。磁場耦合很大程度上取決于零件幾何形狀，而且加熱會發生在不應該加熱，或者不應該加熱那么多的區域。當感應淬火對零件局部輸入過高能量時，會導致材料變形。對于一些非常精細的結構，這只能通過額外的后處理工序進行糾正。此外，感應淬火件必須通過浸入淬火液來冷卻。水基淬火液的循環和冷卻要花費額外的能量。

感應淬火過程如此麻煩，為什么仍然經常被作為首選工藝呢？因為相比較激光表面硬化處理，感應淬火更加經濟。以往采用高功率二氧化碳激光器，電光轉換效率只有10%，鋼表面吸收光能效率最大40%（在不使用吸收增加涂層條件下）。這種類型的激光實際上只能提供不足4%的能量轉化效率，并且價格昂貴。

而感應淬火硬化過程能量轉化效率在15%-63%之間，實際值取決于零件的形狀。即使把后處理工序和淬火液循環冷卻的成本計算進去，感應淬火總成本還是低于激光系統的投入和操作成本。因此，這就容易理解為什么如今許多用戶還是喜歡感應淬火工藝。

然而，以上觀點并不能反映當前激光技術的發展。特別是如今高功率半導體激光器，其光電效率可達50%以上，明顯優于二氧化碳激光器。這大大降低了能源消耗。另外，市場上半導體激光器的流行，也促使了其采購成本的降低。

對于相同的零件，基于半導體激光器的表面熱處理，只需要消耗感應淬火過程10%的能量。一個主要原因，對于幾何外形復雜的零件，外部線圈加熱效率較低，能量消耗大。例如，對于凸輪裝置，需要對幾處連接關節的接觸表面進行硬化處理。由于其形狀獨特復雜，無法采用感應淬火處理。這種情況下，激光系統有一個非常明顯的優勢：激光束聚焦且精確定位，可進行選擇性處理，僅對選定區域進行表面熱處理。同時，與光學溫度監測系統組合后，如熱攝像頭和高溫計，可對加熱溫度進行定量調節，避免溫度過低或者局部過熱。

由于快速加熱，選擇性加工和精確的溫度控制，每束激光的熱量在最短的時間內消散，不需要另外的淬火冷卻液。幾乎沒有材料變形，不需要后處理矯正。整個過程明顯減少了時間和成本。

圖2 激光零件表面硬化處理

圖3 凸輪接觸表面熱處理 

采用半導體激光器進行表面硬化處理，在經濟上和在技術上都證明了其優勢。半導體激光輻射，可以得到均勻的光強分布?？蓪ζ矫孢M行均勻穩定的加熱。另一方面，可通過透鏡系統或者掃描鏡頭，對指定軌跡進行加熱，并且可單獨調整每個位置的加熱溫度。不管是小型零件到大型模具，都可以采用半導體激光器進行表面硬化處理

激光表面硬化處理，始終優于感應淬火硬化嗎？答案是NO。要根據實際情況進行選擇，例如對于幾何簡單或者圓柱形狀的表面，選擇感應硬化更為明智；對于具有復雜幾何外形的零件，要對選定的局部位置進行硬化處理，那么半導體激光器系統更為有效。在這種情況下，半導體激光器在能源效率方面遠遠高于感應硬化的方法。