40Cr钢是我国目前应用最广泛的合金调质钢,因优异的淬透性、切削性,常用作轴类零件、重要齿轮和连杆螺栓等零部件中。但在实际应用中,工件长期处于恶劣的工作环境下,表面发生磨损、腐蚀等情况,造成工件失效。传统热处理工艺难以处理这些失效形式。扫描电子束是一种新型载能束表面改性技术,其具有能量利用率高、加工变形小和可重复性高等优点。为了提高40Cr钢表面的力学性能,延长其使用寿命,本文对40Cr钢进行扫描电子束表面强化处理。本文以40Cr钢为研究对象,基于三维瞬态传热偏微分方程和高斯热源模型,建立40Cr钢扫描电子束表面强化处理的有限元模型。探究扫描过程及冷却过程中不同时刻的温度场分布规律,确定合理的扫描电子束表面强化处理试验的工艺参数。研究电子束工艺参数（电子束束流和电子枪移动速度）及多道搭接时搭接率对40Cr钢形貌、组织及力学性能的影响规律。研究表明:在扫描电子束处理过程中,试样表面温度高于40Cr钢熔点,试样表面处于熔融状态。在扫描电子束收束阶段,热量由于无法扩散,试样表面温度会骤升。扫描电子束处理后,40Cr钢截面形貌由熔融层、热影响区和基体三个区域组成。改性层（熔融层和热影响区）温度高于相变温度,发生马氏体相变,显微组织主要由马氏体组成。热影响区马氏体组织相较于熔融层马氏体组织更加细小。随着束流的增加熔融层马氏体组织逐渐变得粗大,而随着电子枪移动速度的增大熔融层马氏体组织逐渐变得细小。试样横截面显微硬度随着深度的增加先增大后减小,最大硬度出现在热影响区。40Cr钢表面显微硬度随着束流的增大呈非线性增大,束流为6m A时,表面显微硬度达到756.5HV。随着扫描速度的增加,表面显微硬度呈非线性下降。试样表面粗糙度随着束流的增大,先减小后增大;随着电子枪移动速度的增加,先降低后增大。当束流为4m A,电子枪移动速度为300mm/min时,表面粗糙度由2.306μm降至1.354μm。经扫描电子束处理后试样表面耐磨性明显改善,40Cr钢表面的耐磨性随着束流的增加,先减小后增大,随着电子枪移动速度的增加,先减小后增大,当束流为4m A,电子枪移动速度为240mm/min时,耐磨性最好。40Cr钢多道扫描电子束表面强化处理后,会出现重复加热的搭接区域,且第二道扫描加热会对第一道的部分区域组织产生回火作用,产生回火马氏体、回火索氏体及回火屈氏体等多种组织。试样表面粗糙度随着搭接率的增大,先减小后增大。搭接率为0%时,平均显微硬度为627.4HV。搭接率为25%、50%、75%时,显微硬度在431～658HV范围内变化,淬火区域的显微硬度高于搭接区和交汇区的显微硬度。磨损量随着搭接率的增大,先减小后增大。搭接率为25%时,耐磨性最好。扫描电子束表面强化处理可显著提高40Cr钢表面显微硬度,降低表面粗糙度,增强表面耐磨性。利用扫描电子束表面强化技术为工件在实际生产应用中延长其使用寿命和扩大其使用范围提供了可靠工艺方法。