随着现代工业的发展，对零部件的表面性能提出了更高的要求，迫切需要在当前激光硬化技术基础上发展表面硬化新工艺。本文针对工业生产中金属表面处理的实际需求，研究了点阵光斑脉冲激光硬化中的时空分布影响问题以及渗碳激光硬化工艺，提出了激光回火硬度控制工艺，结合固体力学、材料学、传热学和其他数学方法对激光硬化效果、硬化机理和控制工艺进行了系统的研究，研究内容概括如下：　　 ⑴研究了特定光强分布的脉冲激光硬化规律。对比研究了5×5均匀点阵和1∶2∶3非均匀点阵两种特定光强分布激光硬化后的硬化层形貌、表面力学性能和组织演变规律。通过研究发现点阵激光硬化后的硬化层具有强韧结合的特点，1∶2∶3非均匀光强分布激光硬化后的硬化层几何均匀度均大于75％。其均匀性优于均匀光强分布所得的硬化层。通过数值模拟，研究了工艺参数对温度场和热应力场的影响规律。　　 ⑵针对模具激光硬化中经常要求的均匀性需求，提出了一种基于硬化层几何均匀性的光强空间分布反求设计方法。利用数值模拟验证了此设计方法的可行性。利用此方法设计的光强分布可以解决目前光强分布中存在的不足。将此方法推广，能满足激光硬化中的诸多需求，具有重要的现实意义。　　 ⑶研究了20Cr低碳合金钢渗碳激光硬化。对于20Cr等低碳合金钢激光硬化需要在硬化前添加渗碳工艺，提高表层碳含量，以使硬化后硬度达到需求。对20Cr渗碳激光硬化进行了实验研究，研究了其表面力学性能和组织演化。　　 ⑷针对实际生产中遇到的要求材料表面硬度必须控制在一定范围内的问题，创新性的提出了添加激光回火工艺以控制激光硬化硬度范围的方法，并验证了此方法的可行性。初步提出一种激光回火硬度预测模型，对实际应用中选用合理硬化工艺、缩短工艺制定时间具有重要意义。　　 ⑸针对激光硬化后表面硬度、硬化层深度等主要评价指标，以及激光功率、光斑大小、扫描速度和脉宽等主要工艺参数，研究各种条件下工艺参数与评价指标之间的关系，总结了工艺的选取步骤，为实际生产中的工艺制定提供了参考。