由于激光熱處理有相當明顯的優點，解決了傳統金屬熱處理不能解決或不容易解決的技術難題，在國內外受到了高度重視，激光熱處理得到了迅速的發展。
大功率CO2激光器從70年代起發展很快，先進工業國家大功率CO2激光器已產品化、系列化。我國從“七五”以后相繼研制成功了千瓦級至萬瓦級大功率CO2多模激光器。隨著大功率激光器的發展，用激光就可以實現各種形式的表面處理。它是引起材料組織結構變化的冶金過程，其加熱時間在10-3s～10-7s的范圍內，功率密度為每平方毫米大于0.1 kW。它的應用極為廣泛，幾乎一切金屬表面熱處理都可以應用。目前應用比較多的有汽車、冶金、石油、重型機械、農業機械等存在嚴重磨損的機器行業，以及航天、航空等高技術產品。
激光熱處理在汽車行業應用極為廣泛，在許多汽車關鍵件上，如:缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座、搖臂、鋁活塞環槽等幾乎都可以采用激光熱處理。例如，美國通用汽車公司用十幾臺千瓦級CO2激光器，對換向器殼內壁局部硬化，日產3萬套，提高工效四倍。我國采用大功率CO2 激光器對汽車發動機進行缸孔內壁強化處理，可延長發動機大修里程到15萬公里以上，一臺汽缸等于三臺不經處理的汽缸。
激光熱處理過的缸體、缸套淬硬帶的耐磨性大幅度提高，未淬硬帶可增加儲油，改善潤滑性能我國拖拉機發展快，不斷推出新品牌，但拖拉機用內燃機缸體、缸套壽命短，損壞嚴重，維修量很大，西安內燃機配件廠在國家科委的幫助下，首先建起了柴油機缸套激光熱處理生產線，年產60萬只，壽命延長10000小時。
缸體激光熱處理設備及生產線激光涂覆與激光合金化工藝相似，但不同的是不另外加入合金，使金屬表面融化隨即冷卻凝固，從而得到細微的接近均勻的表層組織，對于某些共晶合金，還可得到非晶態表層，具有極好的抗腐蝕性能，例如，在柴油發動機鑄鐵閥座上進行鉻基表面涂覆，可獲得良好的不銹鋼表面。
激光熱處理在大型機車制造業已被采用，大大提高了機車壽命，主要是機車大型曲軸的激光熱處理和機車柴油機缸套和機車主簧片的激光熱處理。
模具的制造工藝復雜，精度要求高，形狀各異，應用廣泛，但往往因模具的壽命短而加大了成本，返修也很困難。用激光對模具表面進行熱處理，已逐漸被認識和被采用，可成倍的提高模具的壽命，又不受形狀和尺寸的限制。
激光熱處理過的曲軸由于激光熱處理越來越顯示其優越性，各種大功率CO2激光熱處理機不斷問世。有些大型企業不惜代價引進國外先進設備，如大連機車車輛廠引進德國6000W CO2激光器用于大型曲軸熱處理生產線等。與此同時，國產的大功率CO2激光熱處理設備銷售每年也成倍增長，激光熱處理生產線在各地相繼發展起來。
目前比較成功的例子有大連機車車輛廠用于機車曲軸、缸套、立簧片的激光熱處理生產線；西安內燃機廠柴油機缸套激光熱處理生產線；北京內燃機及首都汽車公司的汽車發動機缸套激光熱處理生產線；長春第一汽車制造廠激光熱處理生產線。同時全國各地還建立了不同規模的激光加工中心，為各行業機器零件進行激光熱處理。
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