40CrMn结构钢具有高强度和良好的淬透性、淬硬性,广泛应用于汽车、飞机和精密制造等领域。扫描电子束表面改性技术作为一种新型表面处理技术,能改善材料表面的机械性能,从而延长零件的使用寿命。基于热传导理论建立三维瞬态传热方程,通过COMSOL Multiphysics仿真软件计算获得40CrMn钢扫描电子束表面改性过程温度场的分布规律;探究在不同工艺参数下单道扫描电子束表面处理对显微结构、显微组织、表面形貌和机械性能的影响;研究在不同搭接率下多道扫描对显微结构、显微组织、表面形貌和机械性能的影响。研究结果表明:在电子束扫描初始阶段,试样表面温度快速上升至奥氏体化温度之上。当电子束扫描处于稳定阶段,试样表面温度高于40CrMn钢的熔点,处于熔融状态。当扫描电子束收束阶段,试样表面温度超过3000K。40CrMn钢经单道扫描电子束表面改性处理后,试样横截面表面形貌分成熔融区、热影响区和基体。在改性层（熔融区和热影响区）中,显微组织主要由针状马氏体和板条状马氏体组成,横截面显微硬度随着深度的增加先提高后下降。随着电子束束流的增加,试样表面显微硬度呈非线性增加。当束流为5m A时,试样表面显微硬度从290HV增加到692.8HV,是基体表面硬度的2.38倍。而试样表面粗糙度随着电子束束流的增加先减小后增加,当电子束束流为4m A时,试样表面粗糙度达到最小值。随着电子枪移动速度的增加,试样表面显微硬度呈非线性减小。当电子枪移动速度为120mm/min,试样表面显微硬度达到最大值666.2HV。试样表面粗糙度随着电子枪移动速度的增加而减小,当移动速度为300mm/min,表面粗糙度从1.754μm降低到0.801μm。经扫描电子束处理后试样表面的摩擦磨损量明显减小,耐磨性显著提高。40CrMn钢单道扫描电子束表面处理最优工艺参数为束流4m A,电子枪移动速度300mm/min。在不同搭接率下40CrMn钢经多道扫描电子束表面处理后,熔融区的显微组织主要由马氏体、回火马氏体和回火索氏体组成。热影响区主要由粗晶粒热影响区、细晶粒热影响区和临界晶粒热影响区组成。随着搭接率的增加,试样表面粗糙度先减小后增大。当搭接率为0%时,试样表面显微硬度由436.8HV增加到664.2HV。同时,随着搭接率的增加,重叠区附近区域的表面显微硬度下降。而且,电子束处理后试样的磨损率明显低于未处理的试样。