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强流脉冲电子束(HCPEB)是一种新型的荷电粒子束技术,在近些年来得到迅速发展。使用强流脉冲电子束处理材料时,工件表层(10-5～10-6m)产生快速加热(109K/s)和冷却(107～108K/s)过程,热影响区范围内的元素分布、应力状态和显微组织发生显著变化,生成亚稳相、超细晶和高密度缺陷等非平衡结构,进而获得常规方法难以实现的表面改性效果。本文利用HOPE-I型强流脉冲电子束装置对40CrNiMo7钢进行表面直接改性和表面合金化处理。通过金相显微镜、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、显微硬度及摩擦磨损等测试方法,研究HCPEB改性40CrNiMo7钢的表层显微组织、元素分布以及表面性能的变化规律。经强流脉冲电子束辐照处理后,40CrNiMo7钢表面形成火山坑形貌,原始表层中铁素体和珠光体相的热物理性能(热熔和热导率等)差异是导致熔体喷发的主要原因。使用相同的加速电压进行处理时,熔坑数量随脉冲次数的增加而减少。XRD分析表明,HCPEB改性40CrNiMo7钢表层生成马氏体和奥氏体相的混合组织。截面显微组织观察发现,表面重熔层晶粒细小且结构致密,厚度～7-8μm。HCPEB改性样品的表面显微硬度有大幅度提高,由原始表面的313HK升至800HK以上。其中,使用6次脉冲处理样品的表面耐磨性提高最为明显,磨损率较原始样品减少约36%。考察强流脉冲电子束表面合金化工艺,发现预涂碳后进行HCPEB合金化处理的40CrNiMo7钢表面仍然会形成熔坑。重熔层平均厚度～7μm,对应原始珠光体组织的重熔层厚度较铁素体处要深～2μm。改性层主要由铁素体、马氏体和奥氏体相组成。在原始表面直接进行HCPEB合金化处理时,表面增碳效果不明显。经过10次HCPEB脉冲预处理再涂碳进行HCPEB合金化处理样品的y-Fe衍射峰明显增强,电子探针线分析结果表明,此时表面重熔层中碳含量较铁素体增加78%,实现了表面合金化的目的。HCPEB合金化处理40CrNiMo7样品的表面平均显微硬度较原始试样显微硬度(190HV)有显著提高,达到355HV。HCPEB合金化处理的40CrNiMo7冈表面存在明显的分区现象,对应铁素体区的性能变化机制包括快速熔凝形成的晶粒细化,以及表面熔化阶段从周围珠光体位置获得的扩散碳元素；而对应珠光体区域的强化机制除晶粒细化外,主要归因于急冷作用下的马氏体转变。建议使用HCPEB进行表面合金化处理前进行必要的预处理,获得组织和成分相对均匀的表层组织,减少表面熔坑喷发带来的不利因素。