激光淬火作为一种加工灵活的热处理技术,具有表面硬度高、硬化层分布均匀及变形小等优点,在材料表面工程领域占有重要地位。40Cr是硬齿面齿轮制造的重要用钢,但实践中该工艺存在淬硬层分布不均匀、残余应力过大的现象,从而导致工件精度下降、变形、开裂。完全依赖实验试错方式,不能有效揭示激光淬火过程演变机理,不利于提高研发效率。对40Cr钢激光淬火过程进行数值模拟可有效预测淬火硬化层深度范围,揭示淬火过程中材料力学行为和相变硬化规律。同时定量评估激光功率、光斑半径等工艺参数对硬化层质量影响程度,进而实现工艺优化,将对齿轮耐磨、延寿具有重要意义。本文基于热力学、相变动力学等科学理论,构建激光淬火过程温度-相变-应力间的多场耦合数值模型,定量化揭示了激光淬火过程中温度场、应力场和相变的多场耦合演化规律。同时,对40Cr齿轮钢进行激光淬火材料学微观表征实验,为定制40Cr齿轮钢优化淬火方案提供重要理论依据,对激光淬火工艺参数优化具有重要意义。主要研究内容如下:（1）建立40Cr齿轮钢单道激光淬火多场耦合数值模型,考虑材料物性参数的温变影响。对40Cr激光淬火过程瞬态温度、相分布及应力演变过程进行数值计算。重点分析相变行为与塑性应力之间的相互耦合作用机理,以及激光半径、激光功率、扫描速度对淬火层质量的显著性影响。（2）建立40Cr齿轮钢多道搭接激光淬火过程多场耦合数值模型,分别对工件瞬态温度、相变硬化和应力分布进行具体分析。重点对不同搭接率下回火区尺寸进行计算,并进行参数间的相关性分析。（3）基于人工神经网络和遗传算法选择回火区宽度和深度作为目标值进行参数优化,寻找激光功率、光斑直径、扫描速度、激光搭接率与回火区尺寸之间的非线性关系,并对回火区尺寸进行准确预测。（4）对40Cr齿轮钢进行单道和多道搭接的激光淬火实验,并进行材料学微观表征。采用Axio Vert A1蔡司显微镜、Thermo Scientific TM Apreo扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对40Cr钢相变层宏观形貌、显微组织和相组成进行对比分析。利用QNESS-Q10M显微硬度仪和摩擦磨损试验机对淬火层进行性能分析,揭示淬火层硬度分布与摩擦磨损性能。