表面热处理是对金属材料表面通过加热和冷却的方式改变其力学性能的热处理工艺。主要分为表面淬火和化学热处理两大类。作为一种典型的表面热处理工艺，激光加热表面淬火和气体渗碳广泛应用于各种机械制造部门。本文以激光加热表面淬火和渗碳为例，对表面热处理过程温度场和应力场进行数值模拟，并将模拟结果与实验结果进行对比。本文简述了有限元分析思想及ANSYS软件，通过间接法先进行温度场分析，再在结构分析中读入温度场分析所得节点温度值，并将其作为体载荷施加，进行应力应变分析。在激光加热表面淬火模拟过程中，针对Q235钢板表面激光扫描变形问题，模拟激光扫描钢板表面温度场和应力应变场。在渗碳模拟过程中，对20钢表面渗碳温度场及应力场进行数值模拟，得到渗碳过程温度分布特征及应力分布规律，并分析它们对渗碳过程的影响。由于使用ANSYS进行表面热处理相关工艺设计效率高且成本低，因此在生产和研究中有着广泛的应用前景。激光表面淬火过程模拟结果表明：随激光功率的增大，金属表面最高温度也增加。在应力场模拟中，随温度的升高，最大应力也增加，最大应力分布在与激光扫描线对应的背面约束处。实验测得，随激光扫描功率的增加，钢板的变形量呈现出增大的趋势，且实验值0.90mm、0.86mm和0.98mm与模拟值0.86mm、0.97mm和1.09mm基本吻合。表明选择的数学模型合理，模拟手段比较可靠。渗碳模拟结果表明：根据温度场模拟结果，将任意时刻的节点温度，带入公式计算出该时刻的渗层深度，本文算出渗碳5h后的渗层深度0.13mm与实验测量值0.11mm基本一致，证明温度场模拟结果正确。将温度场模拟结果作为体载荷计算出应力场模拟结果，结果符合理论知识，且表面呈现拉应力，最后应力不断减小，到心部为稳定状态。模拟结果为优化工艺设计及表面热处理技术数值模拟在具体中的应用提供了理论依据。