内燃机是人类社会的主要动力机械之一，内燃机配气凸轮机构由凸轮和挺杆磨擦副及其他零件组成，实现进气和排气的动作。凸轮与从动件(挺杆)组成的运动副为高副，接触应力较大，易磨损，这严重影响了其使用寿命。为了提高凸轮轴的硬度、耐磨性，延长凸轮轴的使用寿命，在实际生产中须对凸轮轴进行硬化处理。传统的处理方法如等温淬火、感应加热淬火及氮碳共渗等，都存在热影响大、淬硬层不均、变形大和处理周期长等不足，且往往需要增加后续加工工艺，因此探索凸轮轴表面强化的新工艺和新方法具有十分积极的意义。激光技术的发展给凸轮轴的硬化工艺和方法提供了新的手段，研究表明，激光相变硬化技术具有变形量小，生产周期短，不需要淬火介质等优点。本文利用快速轴流CO2激光器对凸轮轴进行了激光相变硬化实验，并分析了激光相变硬化提高凸轮轴使用寿命的机理，建立了凸轮轴激光相变硬化温度场的数学模型，并对凸轮轴的相变硬化层的硬度分布与冷却速度之间的关系进行了比较深入的研究，探讨了光束入射角、扫描速度、激光功率、光斑尺寸等工艺参数对淬火强化结果的影响。在优化激光工艺参数的基础上，对QT600-3球墨铸铁凸轮轴试样进行激光相变硬化的结果为：表面显微硬度比等温淬火提高了50％，耐磨性能比等温淬火提高了50.44％，表面残余应力为压应力，硬化层深为0.5mm，且硬度在硬化层深度方向几乎无变化梯度，表面粗糙度无变化，可省去后续的精加工工艺，在实际生产中具有一定的应用前景。