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碳素钢因具有良好的切削性能以及低廉的价格而成为近代工业中使用量最多的金属材料，但每年因锈蚀、磨损等因素引起的报废数量占年产量的20%~25%。采用电子束抛光技术不但能有效降低材料表面粗糙度，而且可大幅提高表面硬度以及耐磨性等机械性能。 本文对碳素钢扫描电子束微熔抛光处理工艺及强化机理进行了研究。研究分别采用HDZ-6F型真空电子束焊机、NT9100光学轮廓仪、TR-200型手持式粗糙度仪、HV-100型显微硬度计、金相显微镜、JSM-5610LV型扫描电子显微镜（SEM）、HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机等设备对碳素钢表面进行微熔抛光、机械性能测试和金相组织分析。确定了碳素钢在表面微熔状态下，电子束束流与工件移动速度之间的函数关系；利用该函数关系，可为选择合理电子束抛光实验研究的工艺参数提供理论参考；讨论电子束束流、工件移动速度以及含碳量对碳素钢表面粗糙度的影响规律，并通过拟合方程计算出较为合理的工艺参数；通过单因素实验，探究电子束束流、工件移动速度以及扫描频率对试样表面机械性能（表面微观形貌、显微硬度和耐磨性）的影响规律；对表面熔坑褶皱缺陷的成因进行初步探究。 研究结果表明：电子束抛光过程可简化为一维非稳态传热过程，微熔状态下电子束束流与工件移动速度之间成函数关系；电子束微熔抛光响应面实验中心点的参数为：电子束束流6.4mA，工件移动速度5.00m/s；随着电子束束流的增加，表面粗糙度呈非线性增长趋势，表面粗糙度随着工件移动速度和碳素钢含碳量的增加，均呈现先减小后增大的趋势，表明电子束束流、工件移动速度以及碳素钢含碳量均对材料表面粗糙度的影响显著；通过响应面模型预计合理工艺参数为电子束束流5.08mA、工件移动速度2.76mm/s以及含碳量0.62%，且该参数抛光后表面形貌良好；随着电子束束流的增加，金相组织细化，硬化层深度、表层显微硬度和耐磨性提高；随着工件移动速度的增加，金相组织粗化，硬化层深度、表层显微硬度和耐磨性随之降低；随着扫描频率的增加，金相组织中马氏体先细化后长大，但硬化层深度持续增加，硬度和耐磨性呈先增大后减小趋势。 采用电子束扫描技术对碳素钢进行微熔抛光，可以有效改善表面粗糙度，显著提升其表面综合机械性能，进而提高其使用寿命，该方法的研究可为提高碳素钢的实际生产应用提供理论支持。