重载运输由于其大轴重、高密度的运作方式,大大提高了货物运输能力,正受到世界各国前所未有的重视。自从我国重载货运发展以来,轮轨磨耗一直倍受关注,尤其是升级改造后的重载线路上大轴重机车的使用,使得降低轮轨磨耗与损伤成为亟待解决的技术难题。激光表面处理技术的发展,越来越受到轮轨研究学者的关注,对轮轨材料表面进行改性处理,提高轮轨表面材料的耐磨性能将有利于延长重载铁路轮轨的使用寿命。论文首先对大秦重载线路进行现场调查并采集损伤钢轨样本,通过对损伤样本的宏观和微观测试分析,研究了重载铁路损伤机理；利用CO2多模激光器在轮轨材料表面进行激光淬火与激光熔覆改性处理,获得功能层并对其进行组织、硬度、物相等显微分析。利用MMS-2A滚动摩擦磨损试验机研究了改性处理后重载轮轨材料的磨损与损伤性能,分析了轴重对轮轨材料抗磨损性能的影响；利用显微硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等微观测试设备,详细分析了激光表面处理前后重载轮轨材料的微观组织结构变化、磨损性能和表面损伤形貌。所得出的主要结论如下：(1)重载铁路线钢轨磨损和表面损伤严重,主要表现为严重的剥离掉块和侧面磨损,相对而言轨距角处磨耗最严重,裂纹密集,主要表现为残余压应力,塑性变形严重；损伤行为主要为侧磨和表面剥离损伤。(2)激光淬火处理能显著提高轮轨表面材料的硬度；轮轨试样均处理后,减磨效果明显,表面损伤程度也降低,钢轨试样磨损率降低44.02%,而车轮试样降低13.6%；单一处理虽能降低处理重载轮轨材料磨损却加剧了对摩副磨损。激光表面淬火处理后轮轨试样抵抗塑性变形能力增强,损伤较为轻微；处理后钢轨试样磨损机制主要表现为疲劳磨损,车轮试样则表现为疲劳磨损和粘着磨损共存,以疲劳磨损为主。(3)激光熔覆处理可获得与基体冶金结合的优质激光熔覆层,熔覆层组成相主要为枝晶(γ-Co)和共晶(Cr23C6),熔覆处理后硬度大幅度提高,且有效降低了轮轨对摩副的磨损；均熔覆处理减磨效果最佳,轮轨试样磨损率分别降低78.18%和80.43%,且表面损伤轻微；轮轨试样磨损率随轴重增加而增大；激光熔覆处理后重载轮轨材料磨损机制主要为轻微的粘着磨损,激光熔覆处理后轮轨材料的抗表面疲劳损伤性能大大提高。(4)综合对比激光淬火和激光熔覆处理后的重载轮轨材料磨损与损伤特性表明：激光熔覆处理后轮轨材料减磨效果更为明显,是降低重载条件下轮轨磨损与损伤的有效途径之一。