为降低运行成本、提高运输效率,重载货运已经成为铁路发展的一个重要方向。随着列车轴重的提高,轮轨间的磨耗与损伤问题成为了亟待解决的技术难题,对于铁路道岔尖轨等磨损严重的部件而言,层流等离子表面强化技术是一种对钢轨表面进行淬火改性处理的技术,能提高钢轨表面材料的耐磨损性能,延长使用寿命。因此开展铁路道岔尖轨层流等离子强化技术的相关研究具有重要的现实意义。本文以铁路道岔尖轨层流等离子表面强化方案优化为目的,通过模拟仿真与现场试验结合的方式对层流等离子强化技术在铁路道岔尖轨上的应用进行研究,分析该技术对钢轨材料拉伸力学性能、耐磨损性能及对轮轨接触受力特性的影响,并结合仿真和试验结果提出对应用方案的优化。具体研究结论如下:(1)通过钢轨材料的拉伸试验以及钢轨的静弯试验结果可知,层流等离子强化技术降低了钢轨材料的拉伸力学性能,拉伸强度降低了约30%,但强化处理后的钢轨仍然满足规范对静力弯曲性能的要求。(2)对层流等离子强化尖轨进行有限元仿真分析。强化斑导致了尖轨表面接触应力的重新分布,虽然Von Mises应力在强化斑处大幅增大,但由于屈服强度提高,强化尖轨整体塑性应变水平降低。Von Mises应力极值随强化斑直径增大而增大,随强化斑厚度增大而减小;塑性应变极值随强化斑直径增大而减小,随强化斑厚度增大而增大。强化斑间距应取大于2 mm,相邻强化斑不会对各自的应力应变分布产生影响。(3)通过磨损与接触疲劳试验分析了强化钢轨材料的耐磨损性能。层流等离子强化处理试样的耐磨性相较于普通试样均有显著提高。试样耐磨性随占空比的增大而增强,随直径的增大先增强后减弱,在直径为5 mm时达到最优,实际强化时应取5 mm,占空比应根据强化斑直径与间距要求取相应值。材料强化斑处为均匀且致密的高硬度马氏体组织,能有效抑制材料表面的塑性变形及点蚀坑、层状剥落等现象的产生。在强化斑边缘处产生的裂纹未向周围基体区扩展。(4)现场应用观测表明,在同等运营条件下,经过层流等离子强化处理的尖轨耐磨性和使用寿命大幅高于未处理的普通尖轨。部分强化尖轨出现了掉块、裂纹等伤损现象,未影响其正常使用,且采取打磨等手段及时消除伤损可进一步延长使用寿命。