钢轨损伤不仅在铁路运输中耗资巨大，而且直接关系到铁路运输的安全。由于钢轨损伤主要发生于钢轨表面，因此，钢轨表面改性研究具有重要的现实意义。本文采用HT2009-3型超声冲击设备对高锰钢（Mn13）辙叉和规格为60kg/m的U71Mn钢轨试样进行超声冲击强化处理。用显微硬度仪分析冲击后试样横截面硬度分布；利用金相显微镜和扫描电镜分析冲击后横截面组织结构和表面形貌变化；利用X射线衍射仪对超声冲击前后试样进行物相分析及晶粒尺寸和微观应变测定；用万分之一电子天平和扫描电镜对摩擦磨损实验后的试样进行耐磨性分析。分析结果如下：1经超声冲击处理后，试样表面的显微硬度显著提高，并且随着冲击功率的提高或冲击时间的延长，表面显微硬度逐渐增大；显微硬度值随着距表面距离的增大而减小。2经超声冲击处理后，高锰钢（Mn13）辙叉试样表层产生高密度滑移线，随着距冲击面距离的增加，由多系滑移逐渐过渡到单系滑移；U71Mn钢轨试样经超声冲击处理后，表层晶粒明显细化，并且随着冲击功率的提高或冲击时间的延长，晶粒细化现象越明显。3经超声冲击处理后，试样表面发生剧烈的塑性变形，随着冲击功率的增大或冲击时间的延长，塑性变形越剧烈，其横截面形貌分为剧烈变形层、过渡层和基体三个部分，冲击功率越大或者冲击时间越长，变形层越厚。4经超声冲击处理后，试样表层组织没有发生相的变化，晶粒细化至纳米量级并产生一定数值的微观应变；随着冲击功率的提高或冲击时间的延长，晶粒尺寸越小，微观应变数值逐渐增大。5经超声表面加工处理后，试样表面磨擦系数低于原始试样，且磨损量有所降低，表面相对耐磨性得到了提高。