随着近几年高速铁路建设和运营里程的快速增长,高铁钢轨的损伤也日益增多。针对钢轨长期使用后存在的波磨、塌陷、印痕等典型损伤现象,采用激光熔覆技术对损伤表面进行综合修复处理。根据钢轨不同的损伤形式和修复需求,以高铁用U75V钢轨为基体材料,首先对基体的综合机械性能和微观组织进行系统分析,结合母材的成形制造工艺与热处理工艺,使用北京隆源自动成型系统有限公司自制的18种粉末材料开展综合试验分析,优选与基体材料性能接近的AFS-T6金属粉末作为最终熔覆修复粉材;在此基础上,结合基材成形工艺与激光熔覆高能量/低热影响技术特点,通过对单层单道、单层多道、多层多道激光熔覆成形过程中工艺参数,包括激光功率、扫描速度、送粉速度、搭接率等的优化研究,确定不同的工艺参数变化对熔覆过程和熔覆质量的影响规律;针对修复区域硬度、耐磨、拉伸、疲劳等性能要求,采用综合的材料检测分析手段,结合修复成形区域的热处理工艺,研究基材与熔覆层、结合界面层等不同区域热处理前/后的微观组织、表面硬度和力学性能变化关系,获得优化的熔覆修复工艺和热处理工艺参数。结果表明:U75V钢轨激光熔覆修复成形最佳工艺参数为激光功率900W,扫描速度600mm/min,送粉速度7.58g/min,搭接率58.8%,Z轴抬升量0.6mm。通过热处理前后激光熔覆修复区域与钢轨本身组织和性能的对比检测分析,研究不同条件下熔覆的组织性能特点。试验结果表明:单层单道激光熔覆区组织主要由柱状晶和少量等轴晶组成,多层多道熔覆区较多为等轴晶,热影响区主要为针状马氏体组织,经过500℃回火后,马氏体转为回火索氏体,熔覆区的平均硬度从480HV左右降为345HV,热影响区平均硬度从630HV降为395HV,回火后耐磨损性能为母材的95%,抗拉强度为834.64MPa,满足国家TB/T3276—2011高速铁路U75V钢轨修复标准。另外,预热处理有利于激光熔覆工艺中裂纹的消减,预热温度以200℃较佳。