电子束相变硬化可以使金属材料获得较高的表面性能,但因电子束具有加热速度快,基体自激冷却速度快的特点,在现实中人们很难直接观测温度场与内部组织转变的过程,因此采用数值模拟的方法对电子束扫描相变硬化过程中温度场及组织场的变化过程进行研究,对研究三场(温度场、组织场和应力场)具有重要的理论和实际意义,可为研究电子束扫描相变硬化的热处理过程,合理地选择电子束工艺参数和搭接率提供理论支持。　　本研究基于45钢的TTA曲线和Scheil叠加法则计算奥氏体开始转变温度,采用Scheil和 Avrami方程计算奥氏体转变量的体积分数,运用Koistinen-Marburger公式计算马氏体转变量的体积分数,采用Avrami和Ahhenius方程计算马氏体回火转变量的体积分数。根据电子束热源的实际状况和特性,选择了高斯热源模型,通过实验验证和数值模拟对热源模型系数进行修正,考虑了热物性参数随温度变化和热辐射的影响,运用COMSOL多物理软件,建立电子束多道扫描相变硬化的三维瞬态温度场的仿真模型,并进行数值求解;基于MATLAB二次开发接口技术,编写电子束多道扫描相变硬化的组织场程序,对组织场进行数值求解,分析电子束多道扫描相变硬化温度场和组织场的分布规律;采用光学显微镜、扫描电镜、金相显微镜、硬度计和光切显微镜等仪器对电子束多道扫描相变硬化试样显微组织和表面性能进行分析和测试,并将实验结果与数值模拟结果进行对比。　　研究结果表明:电子束热源在移动过程中,试样表面的最高温度始终偏离热源的中心处,在电子束进行第二道扫描相变硬化过程中,电子束热源的特点不再具有电子束第一道扫描的特性,即关于中心对称的“椭圆状”,而是呈现“偏椭圆状”,试样表面的等温线不是以热源中心对称分布,而是偏向已扫描的一侧;试样经电子束多道扫描处理后,试样各点经历着相同周期的热循环过程,呈现不规则的“锯齿状”;在材料表面相变层不同区域的热循环特征存在明显的差异性,依据不同的热循环特征,可以将材料表面的相变硬化层分为相变硬化区、不完全相变硬化、二次淬火区和回火区;表层的热循环过程明显强于次表层,离表层越近,奥氏体开始转变线越高,且在同一热循环过程中,加热速率高于冷却速率,在硬化层的深度方向,峰值温度都存在着滞后性;在组织场数值模拟过程中,以有无马氏体作为相变硬化层的界限与实验结果相符合;电子束多道扫描处理后,试样表面的粗糙度明显降低,试样表面的硬度值存在着明显的不均匀性;试样表面的粗糙度随着搭接率的增大呈非线性减小,回火区随着搭接率的增大呈非线性增大,硬化层的深度和宽度随着搭接率的增大而增大,随间隔时间的减小而增大。