近年来,由于火车的高速化和重载化,车轴疲劳寿命降低,轮轨磨耗加剧,道岔更换频率增加；这些破坏往往起始于材料的表面,然后向内部扩展,最终造成失效。超声冲击强化是一种可以使金属材料表面发生塑性变形,进而使其表面性能显著提高的强化方法,已经应用在不锈钢、低碳钢焊缝以及钛合金的表面强化上,故可把超声冲击技术应用到轨道交通用金属材料的表面强化上,提高材料的力学性能。本文利用超声冲击设备对不同材料进行了强化处理,采用金相显微镜、透射电镜和显微硬度仪等仪器对超声冲击前后组织和性能进行了表征。试验结果表明,在车轮反复碾压下,钢轨的表面发生了剧烈的塑性变形,踏面硬度显著提高。试样经过超声冲击处理后,表面发生了塑性变形,晶粒明显细化；随着距表面深度的增加,变形量逐渐减小,依次分为剧烈变形层、过渡层和基体。显微硬度是呈梯度化的,随着距表面深度的增加,硬度逐渐减小最终趋于稳定值。随着超声冲击功率、试样转速和冲击次数的增加,表面变形层厚度增加,表面硬度增大；随着功率的增加,试样表面粗糙度减小,最大大约减小了9倍；其中,钢轨钢在180w、1170r/min、冲击9次作用下,变形层厚度达到230μm,硬度最大值860HV,提高了近1.5倍。在车轴钢冲击后试样表面观察到了纳米晶,晶粒尺寸为40-50nm。在相同工艺参数作用下,钢轨钢的表面硬度最大,硬化率也最大。试样表面硬度的提高可归因于加工硬化和晶粒细化共同作用的结果。综合考虑各方面因素,确定超声冲击的最佳工艺参数为：功率180w、试样转速820r/min、冲击3次。