激光表面淬火是激光表面改性领域中最成熟的技术。它是高能激光束照射到工件表面，使表层温度迅速升高至相变点之上(低于熔点)，由于金属良好的导热性，当激光束移开后，通过工件快速的自激冷却，实现材料的相变硬化。激光表面淬火具有以下主要特点：材料高速加热和高速冷却，加热速度可达104- 109℃/s，冷却速度大于104℃/s；激光表面淬火件的硬度高，通常比常规淬火高5%~ 10%，淬火组织细小，硬化层深度约为0.2~ 0.5mm；由于加热和冷却速度快，热影响区小，对基材的性能及尺寸影响小；易于实现局部、非接触式处理，特别适于复杂精密零件的硬化加工；生产效率高，易实现自动化操作，无需冷却介质，对环境无污染。 [1]
钢铁材料激光表面淬火后，表层分为硬化区、热影响区和基体三个区域。硬化区与常规淬火相似，过渡区则为部分马氏体转变区域。
激光表面淬火加热速度和冷却速度快，对晶粒有明显的细化作用，同时，激光表面淬火层具有一系列优异的力学性能。
(1)硬度 激光表面淬火比常规淬火、高频感应加热淬火具有更高的硬度。高速钢经激光表面淬火后，在随后的加热过程中能保持比常规淬火更高的硬度。
(2)耐磨性 激光表面淬火后材料表面发生马氏体相变，晶粒细化，表面硬度提高，可较大幅度地提高材料表面耐磨性。
(3)残留应力和疲劳性能 材料表面的残留应力是由激光表面淬火处理过程中的组织应力和热应力共同决定的，激光表面淬火的工艺参数对残留应力影响很大。一般来讲，激光功率密度增加或扫描速度降低，硬化层厚度增加，将会提高表面的残留压应力，相反则硬化层厚度降低，表面残留压应力减小，甚至出现残留拉应力，两次重叠处理极易出现残留拉应力。
材料表面的应力状态直接影响材料的疲劳性能。采用合适的激光表面淬火工艺，可使金属材料的显微组织明显细化、表面硬度提高并具有残留压应力，从而有效地提高材料的疲劳抗力。如30CrMnSiNi2钢经激光表面淬火后，其圆角试样的疲劳性能可提高98%。
