激光相变硬化是一个温度场瞬态变化过程,激光相变硬化层具有细化和稳定压应力等优良性能,使得在相等强度条件下,激光相变硬化层深可以低于常规热处理得到的硬化层深。尽管如此,在实际应用过程中,人们往往对激光相变硬化层深有特别的要求,希望得到更深的激光相变硬化层深,因此本文对激光相变硬化最大硬化层深做了进一步的研究。本文根据激光相变硬化的基本原理,针对矩形样块的物理模型,以材料为45~#钢来设定热物性参数,利用ANSYS进行了激光相变硬化的三维温度场模拟。通过精确的三维建模、加载求解、后处理等过程,将激光相变硬化的三维温度场直观的表现出来,并且准确得出样块节点的温度,有效计算出样块各截面的激光相变硬化层深,为研究激光相变硬化最大硬化层深参数提供了有效的解决途径。在定光斑尺寸条件下,利用临界熔融状态下激光功率和激光扫描速度的关系曲线,取定关系曲线上的激光功率和激光扫描速度的匹配值以及匹配值附近的激光参数,将一系列激光参数结合ANSYS对激光相变硬化的温度场进行三维有限元模拟,给出激光相变硬化层深的参数。通过三维模拟得出的激光相变硬化温度场反应了不同时刻激光相变硬化温度场的真实分布情况。将ANSYS模拟得出的激光相变硬化层深与实验结果比较,证明利用有限元分析模拟的激光相变硬化层基本符合实际情况,并有效得出定光斑尺寸下激光相变硬化最大硬化层深的激光参数范围。针对45~#钢材料进行激光相变硬化的研究,得到了激光参数(激光功率和激光扫描速度)对激光相变硬化层深的影响,在层深一定的条件下给出最优化的激光参数,并得出45~#钢材料在定光斑条件下激光相变硬化最大硬化层深的激光参数范围,研究了激光相变硬化对显微组织的影响,同时通过实验描述了激光表面涂层对于硬化层深的影响。基于最大硬化层深问题,研究了临界熔融状态下,光斑尺寸对硬化层深产生的影响。通过研究表明宽带激光能够得到比一般窄带激光更深的激光相变硬化层深。对于不同带宽的宽带激光,带宽较小的能够得到更深的激光相变硬化层深。