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随着列车运行速度和轴重的提升,铁路基础部件的寿命和维修周期缩短,成为影响铁路运输效能的瓶颈问题,寻找高效高质量钢轨强化和修复技术迫在眉睫。激光熔覆作为先进的表面处理技术,具有热影响区小、涂层稀释率低等优点,受到了国内外的广泛关注。但是,相关研究迟迟未见进一步应用。究其原因,主要是因为现有激光熔覆技术（LC）存在两大技术难题:一是如何避免高扫描效率下,高碳钢基体表面的激光熔覆层开裂;二是如何避免熔覆过程中钢轨表面热影响区（HAZ）产生马氏体相变,导致钢轨韧性降低,影响铁路运输安全。基于以上目的,本文首次提出采用激光-感应复合熔覆技术在钢轨表面制备合金覆层,并针对钢轨高碳钢的特点,将激光-感应复合熔覆技术细分为激光-感应预热复合熔覆（pre-LIHC）和激光-感应后热复合熔覆（post-LIHC）两种工艺方式。系统对比研究LC、pre-LIHC和post-LIHC工艺参数对合金覆层和热影响区的组织-成分-热循环-性能演变规律、弯曲性能、断裂行为、滚动接触磨损及及损伤行为的影响,并对优选工艺参数下的熔覆钢轨进行了现场应用验证及失效分析。主要成果如下:（1）工艺研究结果表明,LC、pre-LIHC和post-LIHC三种熔覆工艺中,仅有优选工艺参数下的post-LIHC能够避免HAZ开裂和马氏体组织转变问题。与传统LC对比,pre-LIHC对钢轨的影响主要体现在熔覆层,随着感应预热功率的增大,熔池温度升高、冷却速率降低,使熔覆层的稀释率增大、SDAS增大、碳化物二次相析出量减少、硬度和强度均降低。而post-LIHC对熔覆层则无明显影响,其对钢轨的影响主要体现在HAZ。不同激光扫描速率下均存在一个感应加热功率窗口,采用post-LIHC工艺可使HAZ中的马氏体组织被完全消除,并转变成硬度约为HV350-HV380的细片状珠光体组织,使试样的截面硬度沿深度方向逐渐减小,避免了LC和pre-LIHC试样中HAZ的硬度突变。（2）LC和pre-LIHC过程中,钢轨HAZ为连续冷却转变（CCT）方式,其t8/5均小于完全马氏体组织转变的临界冷却时间,因此HAZ均完全转变为马氏体组织。Post-LIHC工艺使HAZ的冷却转变为类等温转变（TTT）方式,优选工艺参数下,HAZ的热循环过程满足珠光体完全转变的临界条件,使HAZ完全转变为珠光体组织。与钢轨基材对比,该HAZ中珠光体组织的晶粒取向差增大,片层间距、晶粒尺寸和珠光体团尺寸均减小,因此其强韧性大幅增大。（3）弯曲应力作用下,LC和pre-LIHC试样的最大应力和损伤均首先产生于HAZ层,而post-LIHC优选工艺参数下,试样的最大应力和损伤产生于受拉表面,它使裂纹萌生和扩展速率均小于LC和pre-LIHC试样,因此其抗弯强度、断裂应变和断裂功均比LC和pre-LIHC试样大幅度提高。（4）通过轮轨滚动接触疲劳与磨损模拟试验对比分析了不同接触应力下,LC和post-LIHC钢轨的磨损及疲劳损伤行为。当σmax=800MPa时,两种钢轨的接触表面仅存在横向流变和表面疲劳两种损伤形式,此时LC钢轨试样具有较小的体积磨损率和尺寸磨损率;σmax增大至1230MPa和1500MPa后,post-LIHC钢轨试样的损伤特点无明显变化,而LC钢轨试样接触内侧缘处的涂层及部分基底则出现明显的脱落和断裂损伤,致使其体积磨损率大幅增大、圆度和平顺性大幅降低。另一方面,相同接触应力下,LC和post-LIHC钢轨的体积磨损率均大于钢轨基材。但是,由于post-LIHC试样表面Ni基合金覆层和次表面HAZ层的高抗塑性变形能力,使得其横向塑变、局部尺寸磨损率、外圆“局部不平顺”和“短波不平顺”幅值均小于钢轨基材。因此,与LC钢轨和钢轨基材对比,post-LIHC试样能较好的维持钢轨的廓形和使用平顺性。（5）现场应用验证结果表明,与LC钢轨对比,post-LIHC工艺能明显改善钢轨表面的接触疲劳病害,并使钢轨的磨耗和肥边均减小。经post-LIHC工艺强化后钢轨的使用寿命约为未处理的钢轨基材的1.87倍。因此,本文提出的post-LIHC优选工艺有望成为钢轨的现场强化和修复新工艺、新方法,应用前景广阔。