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基于完善钢轨激光强化技术，优化激光淬火工艺，本文进行了四个方面的研究工作，具体包括：钢轨激光淬火新工艺开发、等温激光淬火试样的弯曲性能分析、滚动接触疲劳试验和基于颜色识别的激光淬火质量定量评价。
开发了基于感应加热的钢轨等温激光淬火工艺，该工艺可以对钢轨的淬火硬度在比较宽的范围内调控。典型的工艺为350℃感应+2min等温的激光淬火工艺。可以获得硬度为50HRC的马氏体+贝氏体的组织。另一个工艺是400℃感应+2min等温。可以获得硬度为44.5HRC的细片状贝氏体组织。根据CCT和TTT热循环曲线，分析了不同淬火工艺时，淬火试样的组成相特征。
进行了三点弯曲试验，结果表明马氏体+贝氏体结构的试样(HRC50.0)，与现有工艺HRC64的试样相比，极限弯曲强度提升2.1倍，断裂应变为6.1倍，断裂功为12.7倍。贝氏体结构的试样(HRC44.5)，与现有工艺HRC64的试样相比，极限弯曲强度提升2.1倍，断裂应变为8.8倍，断裂功为19.5倍。
滚动接触疲劳试验表明，原有工艺64HRC的圆盘试样耐磨性最好，但淬火斑表面出现疲劳裂纹。在没有出现表面疲劳裂纹的圆盘试样中，硬化区为马氏体+贝氏体混合组织、洛氏硬度50HRC的激光淬火试样，耐磨性提升最高(钢轨基体的2.91倍)，为最佳的钢轨等温淬火工艺。圆度分析结果说明，激光淬火工艺可以实现对试样表面的形变控制，将原本呈现不规则的波浪性磨损变成可控的磨损形状。
采用图像检测方法，基于HSB颜色模型，建立了激光淬火质量与表面颜色特征值的关系。XRD和XPS分析表明，淬火样品表面的颜色变化与铁氧化物的组分变化有直接关系，其规律是随着加热温度的提高，Fe3+氧化物减少，Fe2+氧化物的含量增加。在设定的阈值参数下，建立了淬火斑钢轨试样基体区、热影响区、相变硬化区和熔化区的定量评价机制。该方法为钢轨在线激光淬火质量的定量评价提供了创新性的解决方案。
激光淬火工艺的优化以及图像检测方法的提出对平衡钢轨材料的抗疲劳和抗磨损性能、延长钢轨寿命、降低铁路运输成本具有重要意义。
开发了基于感应加热的钢轨等温激光淬火工艺，该工艺可以对钢轨的淬火硬度在比较宽的范围内调控。典型的工艺为350℃感应+2min等温的激光淬火工艺。可以获得硬度为50HRC的马氏体+贝氏体的组织。另一个工艺是400℃感应+2min等温。可以获得硬度为44.5HRC的细片状贝氏体组织。根据CCT和TTT热循环曲线，分析了不同淬火工艺时，淬火试样的组成相特征。
进行了三点弯曲试验，结果表明马氏体+贝氏体结构的试样(HRC50.0)，与现有工艺HRC64的试样相比，极限弯曲强度提升2.1倍，断裂应变为6.1倍，断裂功为12.7倍。贝氏体结构的试样(HRC44.5)，与现有工艺HRC64的试样相比，极限弯曲强度提升2.1倍，断裂应变为8.8倍，断裂功为19.5倍。
滚动接触疲劳试验表明，原有工艺64HRC的圆盘试样耐磨性最好，但淬火斑表面出现疲劳裂纹。在没有出现表面疲劳裂纹的圆盘试样中，硬化区为马氏体+贝氏体混合组织、洛氏硬度50HRC的激光淬火试样，耐磨性提升最高(钢轨基体的2.91倍)，为最佳的钢轨等温淬火工艺。圆度分析结果说明，激光淬火工艺可以实现对试样表面的形变控制，将原本呈现不规则的波浪性磨损变成可控的磨损形状。
采用图像检测方法，基于HSB颜色模型，建立了激光淬火质量与表面颜色特征值的关系。XRD和XPS分析表明，淬火样品表面的颜色变化与铁氧化物的组分变化有直接关系，其规律是随着加热温度的提高，Fe3+氧化物减少，Fe2+氧化物的含量增加。在设定的阈值参数下，建立了淬火斑钢轨试样基体区、热影响区、相变硬化区和熔化区的定量评价机制。该方法为钢轨在线激光淬火质量的定量评价提供了创新性的解决方案。
激光淬火工艺的优化以及图像检测方法的提出对平衡钢轨材料的抗疲劳和抗磨损性能、延长钢轨寿命、降低铁路运输成本具有重要意义。