铁路运输以其方便快捷、高效低价的优势已经成为国内最重要的运输方式之一。随着高速铁路的发展以及货运铁路载重的不断增加，钢轨的损伤日益严重并直接影响铁路运输的安全，所以增加钢轨的表面的硬度，提高钢轨的使用寿命以成为当今铁路研究的主要课题。本文应用ANSYS软件对U75V钢轨表面激光强化进行了数值模拟，得出以下结论：1、在模拟圆形光斑激光强化时，在光斑半径、速度相同的条件下，光斑功率越大基体的温度越高、应力分布越均匀；在光斑半径、功率相同的条件下，光斑速度越快基体的温度越低、应力分布越不均匀；2、在模拟多个圆形光斑和一个矩形光斑强化时，发现矩形光斑强化后，基体温度场和应力场的分布更为均匀，所以矩形光斑是最理想的激光强化光源；3、以钢轨为模型，以矩形光斑有搭接和无搭接两种方式进行模拟，得到了基体的温度场和应力场，发现有搭接的光斑强化后钢轨的温度高于无搭接的光斑强化后钢轨的温度，且应力影响区域大，无搭接的矩形光斑为U75V钢轨表面强化的理想光源。为验证理论分析的正确性，对U75V钢轨钢进行了激光强化实验，在激光强化的试验中，在光斑速度、半径相同的情况下，采用6种不同强化功率进行了实验，发现硬化层的表层融化区、中心相变区和与基体相邻的过渡区三部分的内部组织细小，均出现了针状马氏体，强化后的硬度为基体原硬度的3倍以上，硬化层深度在1000μm~1100μm之间，但在功率增大到3000W以后，随着功率的升高硬化层的硬度呈现下降的趋势。实验研究表明，在圆形光斑半径为2mm、速度为15mm/s、功率为3000W时，强化效果最佳。