5CrNiMo热作模具钢价格低廉,常被用于制造大中型模具,在较高温度下具有良好的淬透性以及综合性能,但常规热处理后的5CrNiMo热作模具钢热稳定性严重不足,硬度低耐磨性较差,并且高温磨损是其主要失效形式。扫描电子束表面改性技术是近几十年来发展起来的一种新型表面处理技术,能够有效改善材料表面的综合性能。本文以5CrNiMo热作模具钢为研究对象,基于传热学原理,利用有限元仿真软件建立扫描电子束表面改性温度场数学模型,探究扫描电子束表面改性过程中表面不同时刻的温度场分布规律;根据仿真结果设定合理的扫描电子束工艺参数,研究扫描电子束束流和电子枪移动速度对5CrNiMo热作模具钢表面形貌、显微组织及力学性能的影响。最后根据模具实际生产要求,探究调质处理时不同回火温度对扫描电子束处理后的试样改性层的影响。研究结果表明:扫描电子束表面改性处理可以使5CrNiMo热作模具钢表面温度迅速加热到熔点以上,达到熔融态,在扫描电子束收束阶段,由于热量传递较慢,表面温度较稳定阶段有所升高。经扫描电子束处理后,试样横截面形貌分为熔融区、热影响区和基体。改性层深度随着束流的增加和电子枪移动的减小呈现增大的变化规律。熔融区出现柱状晶和等轴晶,晶界内部有大量超细小的隐晶马氏体,热影响区主要由少量板少量马氏体、残余奥氏体、未熔铁素体,以及大量细小的合金碳化物颗粒和白色粒装析出物组成。由于熔融区组织晶粒被细化,导致熔融区显微硬度高于热影响区。随着扫描电子束束流的增大,试样表面显微硬度呈现非线性增加,束流为4m A时,表面显微硬度达到最大值876.5HV,相比于基体表面显微硬度提高了2.43倍,随着电子枪移动速度的增加,表面显微硬度呈非线性降低,电子枪移动速度为300mm/min时,试样表面显微硬度值达到862.7HV。试样表面粗糙度随着束流的增加以及电子枪移动速度的增加,均呈现先减小后增加的变化规律,当束流为3m A,电子枪移动速度为360mm/min时,试样表最为光滑平整无熔坑等缺陷,表面粗糙度由原始的2.437μm降低至0.886μm,扫描电子束处理具有表面抛光的作用。经过扫描电子束表面改性处理,5CrNiMo热作模具钢表面耐磨性得到明显提升,表面耐磨性随束流的增加和电子枪移动速度的增加均呈现先升高后降低的变化规律,束流为3m A,电子枪移动速度为360mm/min时,表面耐磨性最好,说明扫描电子束表面改性处理可以有效改善模具表面综合性能,延长模具的使用寿命。根据模具实际加工生产要求,发现回火温度对试样熔融区显微组织及力学性能影响不大,热影响区则会生成多相组织,并且热影响区显微硬度随着回火温度的升高逐渐降低。