轮轨磨损在铁路运输中一直是关键的技术问题,它与铁路运输中提高轴重及速度等一系列重大问题密切相关。激光淬火技术对提高材料表面硬度和增加耐磨性具有重要的作用,目前已运用在钢轨表面强化中。然而,淬火区表层至内部基体的力学性能分布尚不清楚,淬硬层的钢轨的耐磨损提升机理尚不明确。由于淬火斑尺寸小,无法开展宏观的拉伸测试获取基本力学性能参数,需要通过纳米压入测试技术对淬硬层材料进行压入测试,通过反演分析获取描述单调拉伸和循环变形的材料模型参数,进而建立激光选区淬火强化钢轨的三维有限元模型,分析淬火斑对U71Mn钢轨磨损性能的影响。研究成果对提高钢轨服役寿命和降低铁路运营成本具有重要指导意义。本文的主要工作总结如下:1)对激光选区淬火U71Mn钢轨母材和淬火斑材料分别进行了金相组织分析,获取了激光选区淬火对材料微结构的影响,通过母材和淬火斑材料的单轴拉伸试验,获取了材料的基本力学性质,通过母材和淬火斑的纳米压痕试验,获取淬火前后弹性模量和硬度的差异。2)对纳米压痕获取的载荷-位移曲线进行反演分析,确定了淬火斑材料基于幂强化本构模型的材料参数,在此基础上进一步确定了淬火斑材料的Chaboche模型参数。3)基于ABAQUS/Python二次开发,建立了激光选区淬火钢轨有限元模型,通过用户自定义子程序进行法向和切向载荷施加,分析了钢轨母材和淬火斑在循环载荷下的接触应力、等效应力和等效塑性应变的差异。4)基于周期性磨损单元理论分别计算了淬火斑和母材的磨损率。结果发现,激光淬火可延缓塑性应变的累积,使钢轨表面在高接触应力情况下的磨损性能得到显著提高;钢轨母材表面的磨损形式主要为塑性流变和接触疲劳剥落,淬火斑表面磨损形式则转变为轻微的疲劳剥落。