激光自上世纪60年代问世以来,因其自身特有的极大的应用价值,得到了各个领域的广泛重视,在短短的几十年里,激光表面处理技术得到了迅速的发展,其中,激光相变硬化以其加热速度快、淬火硬度高、工件变形小、淬火部位可控、不需淬火介质、生产率高、无氧化、无污染等优点,被广泛应用于交通运输、纺织机械、模具制造、精密仪器上。由于激光器所发射出的激光的能量密度多呈斯型分布,因其中心能量过高,导致加热过程中光斑中心部位出现过热现象,所以激光相变硬化过程中,很难通过单道扫描工艺使所加工表面完全硬化,工业中常常采用多道搭接工艺来弥补单道扫描过程中产生的不足,然而,多道扫描的搭接过程中,激光边缘能量会对应经硬化的工作层产生回火作用,使加工后的工作面的性能出现波动性,因此改变激光传统的能量分布形态,克服传统高斯型能量分布的光斑扫描过程中边缘加热能力不足的缺点,成为激光相变硬化工艺在工业生产中应用时,必须面对并解决的问题。本文首先根据激光相变硬化的机理,综合考虑了相变潜热的存在,热向系数随温度的改变情况和快速加热与静态加热过程中组织奥氏体化的差异,建立起三维动态激光相变硬化过程的数学模型；利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真模拟软件对所建立的数学模型进行计算求解,在所建立起的激光相变模型中,通过改变激光光斑前端与后端、中心与边缘能量密度分布,研究不同能量密度分布的光斑扫描过程中温度场的变化规律；随后利用瞬时态温度场的分布情况,求解出激光相变硬化过程中不同能量密度分布的激光光斑所能产生的硬化区域的尺寸；最后对不同参数下,硬化区尺寸的变化规律进行了总结同时,利用Danial Wellburn博士自制的激光整形器,对传统激光的能量分布进行了调整。选取退火态45号钢为基体材料,利用整形后的光斑在不同的扫描功率,不同的扫描速度下,对基体组织进行表面硬化处理,利用金相显微镜对硬化区的几何形貌变化进行观察；利用扫描电子显微镜对硬化区组织进行观察；利用维氏显微硬度计测量出不用工艺参数下硬化层的最大深度,以及不同工艺参数下硬化层硬度分布的特点,通过对实验最大淬硬层深度和模拟最大淬硬层深度的比较得出,产生较大误差的主要原因相变硬化过程中材料对激光吸收率的变化,经误差修正后,模型计算出的最大淬硬层深度与实验值相比误差率在10%以下。