LZ50车轴钢目前广泛用于制造铁路车辆的车轴。车轴是铁道车辆走行的重要部件,其质量直接关系到车轴的承载能力和运输安全。我国正在实施高速、重载铁路运输战略,车轴钢的疲劳断裂性能关系到运输安全。因此,研究LZ50车轴钢的不同加工工艺之间的关系,分析机加工工艺对车轴表面性能及组织的影响规律,进一步研究新的加工方法和工艺具有极其重要的意义,如能使用能够提高车轴疲劳性能的有效表面改性方法,对保证其运行安全,延长其服役寿命具有重要的经济和社会价值。本文对实物LZ50城轨车轴进行表面完整性分析,并且分析不同磨削、车削、超声滚压工艺对车轴试样横截面硬度、表面残余应力、表面纹理、表层组织的影响,总结不同机加工方式的工艺参数改变对车轴钢表面性能的影响规律,对比分析不同表面加工方式之间利弊,选取较优加工工艺参数。结果表明:实物LZ50城轨车轴表面重要过渡圆弧处的表面粗糙度值越靠近轴中部越大,表面轴向残余应力为压应力,从轴端到轴中部残余压应力值有降低的趋势。车轴磨削加工试样,磨削深度越大、磨粒尺寸越大、转速越小,车轴表层硬度值越高,硬化层越深,水冷略降低表层硬度其中磨削切削深度的影响最明显;磨削车轴钢表面的周向拉应力在400MPa～510MPa之间;磨粒尺寸越小,表层裂纹越少,加工质量越高。车削工艺中,进给量以及转速减小,表层硬度值越高,硬化层越深,其中转速对试样表层硬度分布影响最明显;随着车削进给量增大,车轴试样轴向残余压应力逐渐减小,周向残余拉应力增加;随切削深度以及转速增大,车轴钢表面拉应力有增大趋势;车削后车轴试样表层都有约1-2μm厚的细晶层,表层到心部能观察到铁素体亚晶尺寸明显变大,亚晶尺寸在100nm-500nm之间,并且具有一定方向性,表层亚晶转变为等轴细晶组织,近表层区域渗碳体有碎化和明显的塑性流变。表面超声滚压工艺中,进给量越深、转速越小、压力越大,车轴表层硬度值越高,硬化层越深;与车削和磨削相比,表面超声滚压更有利于加深硬化层深度,提高表层硬度;表面超声滚压处理后,试样表面轴向残余压应力比车削与磨削工艺条件下增大1～3倍,且表面周向残余拉应力转变为残余压应力。经超声滚压处理的LZ50车轴钢表面性能优于车削或磨削加工后车轴钢的表面性能。