随着高速铁路的快速发展,车轮和钢轨的服役环境也在逐渐发生着变化,轮轨之间的摩擦磨损问题愈加严重,其中轮轨间的滑动磨损也是重要问题之一。表面超声滚压处理(SURP)是一种新型表面强化技术,可以改善材料表面状态及性能。本文为提高车轮钢耐磨损性能,对D2车轮钢进行表面超声滚压处理,研究表面超声滚压处理对车轮钢纯滑动磨损过程中磨损性能的影响。本文首先根据选择影响SURP结果的主轴转数、进给量和滚压力三个参数进行正交实验研究,对车轮钢表面进行9种不同工艺的超声滚压处理,通过正交优化试验方法确定出提高车轮钢表面性能的最佳工艺参数,并采用此优化参数对D2车轮钢试环进行SURP处理。然后分别进行未处理试样和SURP处理试样的滑动摩擦磨损试验。最后利用显微硬度测试和扫描电镜等分析手段研究轮轨材料在摩擦磨损过程中性能变化以及微观组织演变规律,对比分析SURP处理对D2车轮钢在滑动磨损条件下磨损性能的影响,探讨耐磨机理。研究结果表明,经过SURP处理后,试环表面塑性变形层深度约为260μm。原始材料的磨损试验中,U71Mn钢轨钢比D2车轮钢更耐磨,U71Mn试块和D2试环磨损机制相似,均为磨粒磨损和氧化磨损,并且随着转数不断增加,磨粒磨损逐渐加剧,磨损表面脊缘处出现疲劳裂纹。随着运行转数增加,试环表面的摩擦学白层会持续不断的经历生成、生长与剥落的过程,白层硬度可达890HV,在白层与塑性变形层的连接处易形成裂纹源,并沿着白层的内层不断扩展剥落。在相同磨损条件下,SURP处理后的试环在滑动磨损初期,磨损量比未处理试样降低约57%。对比SURP处理前后试环表面磨损机制发现,原始试环以严重的粘着磨损和磨粒磨损为主,在磨损表面脊缘向犁沟方向容易出现疲劳裂纹,SURP处理后的试环在前期粘着磨损和磨粒磨损比较轻微,磨损表面不易产生疲劳裂纹,几乎无剥落。对比SURP处理前后试环在相同条件滑动磨损过程中的表层微观组织变化得出,SURP处理试环表面不易生成白层,且白层生长趋势缓慢。对比两试环在600r时的显微硬度可得出,SURP处理后的试环最表层硬度较低,硬化层深度较深且表层组织晶粒细化更均匀。表面超声滚压处理使表层组织变形、强化,硬度提高、表面粗超度降低有效减轻了初期磨损和延缓了组织在磨损过程中的演变,具有更好的耐磨性。