铁碳合金因其低廉的价格,良好的加工性能被广泛应用于各种机械零部件的制造。但很多机械零部件在工作环境中必然会遭受震动、磨损、腐蚀的损害,从而诱发表面裂纹等缺陷的形成和发展,影响其服役寿命。大量的研究结果和工程案例表明,表面强化是改善铁碳合金材料性能,延长其服役寿命的有效手段。本文对45钢、T10钢、HT250灰铸铁这三种常用铁碳合金的表面激光重熔工艺进行了研究。首先建立了以45钢为研究对象的激光重熔温度场的有限元模型,分析激光重熔过程中的温度分布及其变化规律,据此设计工艺试验方案,进行激光重熔工艺试验,同时验证模型。然后采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜、超景深显微镜,对激光重熔熔道的几何特征,微观组织和物相的组成进行了研究,讨论了激光功率对激光重熔单道熔道几何特征的影响。另外,对激光重熔熔道横截面的硬度分布进行了检测,对激光重熔层的耐磨性进行了测试,评估激光重熔对铁碳合金表面层性能的影响。数值模拟结果表明,激光重熔过程具有骤热骤冷的特点,当激光功率为2500W,扫描速度为5mm/s,激光光斑直径4mm时的母材表面平均加热速率为3.13×10~3K/s,冷却速率为1.65×10~3K/s,沿熔池深度方向温度梯度变化巨大。激光辐射时间持续1.2s时,在1mm的层深内,温差超过2000℃。工艺试验结果表明,在相同的激光的扫描速度下,随着激光功率的下降,铁合金激光重熔区的体积减小。当激光功率500W时,各母材表面只发生了固态相变,没有出现重熔层,形成的淬火区域呈月牙形。另外,材料的含碳量不同,激光重熔后的显微组织也不同,其中45钢重熔层中的组织主要以细小的板条状马氏体构成,T10钢重熔层中的组织主要以极细的针尖状马氏体组成,而HT250灰铸铁重熔层组织主要由马氏体和渗碳体形成的树枝状变态莱氏体组成。硬度测试结果表明,45钢激光重熔层的平均硬度较基体提高了2.28倍;T10钢激光重熔区的平均硬度较基体提高了3.04倍;HT250灰铸铁激光重熔区的平均硬度较基体提高了4.45倍。耐磨性测试结果表明,45钢的磨损失重降低了约37.5%,T10钢的磨损失重降低了约43.9%,HT250灰铸铁的磨损失重降低了约87.5%。激光重熔工艺可以有效的改善铁碳合金的表面硬度和耐磨性。