随着科技创新能力日益提高，高尖端技术随之得到了迅猛发展。相关行业及领域内对不锈钢材料的使用性能也提出了新的挑战，生产出高性能的不锈钢材料已成为当今国内外学者的一个重要研究课题。而激光表面熔凝处理技术是一种高效的金属材料表面强化技术，可使基材组织得到显著细化，制备出具有优异的物理、化学性能的组织，从而达到改善金属材料性能的目的。为此，进行“激光表面熔凝处理对304奥氏体不锈钢组织及力学性能的影响”这一研究，将对日后不锈钢的生产过程提供理论指导及实验依据具有十分重要的理论价值和实际意义。本文以304奥氏体不锈钢为研究对象，采用5kW横流CO2激光器在其上下两表面进行了两种冷却条件下（常温空气冷却熔凝层和冰水快速冷却熔凝层）的激光熔凝试验，成型出上下两表面具有细晶层的熔凝件。从理论和实验上着重分析和研究了这两种不同的冷却条件下所成型熔凝件的显微组织、显微硬度、屈服强度、抗拉强度、应变硬化指数和拉伸断裂行为等。具体结果如下：（1）两种冷却处理方式均显著改善了304奥氏体不锈钢的组织形态，两者熔凝层的基本组织形态都是相同的。沿着熔凝层深的组织形态依次为等轴晶、树枝晶、胞状晶和平面晶，呈现出明显梯度组织现象，且从熔凝层界面到表层组织逐渐变细，采用冰水冷却方式相对应的部位组织还要细密些。（2）从显微硬度值整体分布来看，硬度值数据点沿熔凝层深分布较平稳，均趋近于相应的某条曲线；从拟合成的曲线来看，曲线的波峰均处于离表面较近的亚表层。硬度从熔凝层亚表层到基体显微硬度逐渐降低，呈现有明显的梯度分布特征。（3）常温空气冷却方式下获得的熔凝件，其屈服强度、抗拉强度及延伸率相对基材分别提高了16.1%、13.7%和6.0%，而采用冰水快速冷却方式获得的熔凝件分别提高了28.4%、23.7%和9.7%。熔凝件还具有良好的强韧性、可靠性及应变硬化能力，但熔凝件的连续屈服特性并没有发生明显的改变。（4）熔凝试件断口存在大量的等轴韧窝，属于典型的韧性断裂，且在冰水冷却下形成的强化层其断口处韧窝较大较深，塑性及强度更好。