通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、.显微硬度仪、表面粗糙度测试仪等多种实验手段对所研究金属表层组织和硬度进行了表征。对货载失效车轮进行分析,结果表明车轮踏面处主要损伤为剥离掉块,且是由所受载荷不均引起,同时还会有白层在车轮踏面处形成;轮缘处主要损伤是严重磨损,同样也有白层在此处形成,硬度结果表明白层区硬度相对基体提升了 3倍。然后对重载车轮钢、钢轨钢和纯铁进行超声冲击表面强化,结果表明,重载车轮钢经过不同工艺超声冲击处理后,表面粗糙度都降到4μm以下,表面硬度有一定幅度提高,并且表面引入了有益的残余压应力,同时在表层形成了一定厚度的变形层,而且表层晶粒已经碎化,形成等轴状的纳米晶组织,通过不同工艺参数的表面处理,可以使重载车轮钢满足不同服役条件下的使用要求;分析纯铁和重载车轮钢在超声冲击遍数分别为1遍、2遍、3遍后的表面硬度可知,重载车轮钢硬度的提高是加工硬化、细晶强化和固溶强化共同作用的结果;对不同含碳量的材料在功率为120w、转速为450r/min、进给速度为0.05mm/r、冲击遍数为3遍的超声冲击作用下的结果进行对比可知,纯铁形成的变形层深度最深,表层硬度提高幅度最大,且达到了80%,而钢轨钢硬化效果最差,可以得出超声冲击下轮轨钢的硬化过程是:首先表层的铁素体相发生塑性变形,随着变形程度增加,在珠光体周围形成应力集中,从而使渗碳体相开始细化、扭曲、碎化,并发生部分溶解,最终使表层硬度升高。