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铁路运输的重载化发展,使辙叉和重载钢轨的服役环境愈发恶劣,导致其易发生磨损失效、剥落,甚至压溃变形等,显著缩短了高锰钢辙叉和钢轨的服役寿命,严重威胁了行车安全。激光熔覆技术凭借其熔覆层与基体材料呈冶金结合、热变形小、易实现自动化等优点,被广泛应用于破损工件的修复和金属材料的表面改性。本文以高锰钢辙叉(ZGMn13)和重载铁路用钢轨钢(U20Mn2SiCrNiMo)为基体,选择三种铁基合金粉末(牌号分别为DJ101、DJ106和DJ108)和一种镍基合金粉末(牌号为Ni625)作为熔覆材料体系,进行激光熔覆实验。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD),表征铁基和镍基激光熔覆层的成形性、微观组织结构和物相的组成;利用显微硬度计、磨损试验机、拉伸试验机等设备,检测分析了激光熔覆层的硬度、耐磨性、拉伸和弯曲等性能,以期为采用激光熔覆技术修复受损的辙叉和钢轨提供思路。主要研究结果如下:(1)铁基熔覆层DJ101、DJ108与高锰钢辙叉基体之间,以及铁基熔覆层DJ101、DJ106、DJ108和镍基熔覆层Ni625与钢轨钢基体之间,均形成牢固的冶金结合,且所有体系熔覆层均无裂纹缺陷。铁基和镍基熔覆层凝固组织形态由熔合线到表层依次为平面晶、胞状晶、树枝晶/胞状树枝晶、等轴晶,具有明显的快速定向凝固组织形态。(2)铁基和镍基熔覆层中含有铁铬固溶体或铁镍固溶体和硬质相(Cr,Fe)7C3或Cr3C2,固溶强化和第二相强化的作用,使得熔覆层的硬度显著高于基体。其中,铁基熔覆层DJ101的显微硬度,分别是高锰钢辙叉和钢轨钢基体的2.3倍和1.8倍;铁基熔覆层DJ108的硬度,分别是高锰钢辙叉和钢轨钢的2.2倍和1.7倍;铁基熔覆层DJ106的硬度是钢轨钢基体的1.1倍;镍基Ni625熔覆层的硬度是钢轨钢的1.8倍。(3)铁基和镍基熔覆层的耐磨性能高于基体,其中,磨损时间为60分钟时,高锰钢辙叉基体的失重分别为铁基熔覆层DJ101和DJ108的2.6倍和2.3倍;钢轨钢基体的失重分别为DJ101、DJ106、DJ108和Ni625的1.8倍、1.3倍、1.6倍和1.8倍。固溶强化和第二相强化,使得铁基和镍基熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损;高锰钢辙叉和钢轨钢钢基体均为粘着磨损。(4)钢轨钢上熔覆DJ106熔覆层的弯曲断口结果表明,钢轨钢基体为解理断裂,DJ106熔覆层含有韧性断裂、准解理断裂及解理断裂。