A chave privada padrão é fornecida com o Vagrant, portanto, não há etapas adicionais. Basta usar a a chave pública correspondente na VM. Adicionar e enviar uma chave personalizada só pode fazer sentido quando você controla a distribuição da caixa e não quer que mais ninguém consiga efetuar login em instâncias em execução. Mesmo nesse caso, eu provavelmente instalaria e configuraria uma nova chave em uma etapa de provisão.
Dito isto, o arquivo da caixa Vagrant é um arquivo zip ou (opcionalmente gzipped) tar. Você pode incluir a chave privada, por exemplo, no diretório de nível superior, e adicionar a chave pública ao authorized_keys do usuário do ssh do vagrant na própria VM.
Em seguida, para configurar o Vagrant para usar a chave, inclua um Vagrantfile na caixa com conteúdo como:
Vagrant.configure("2") do |config|
config.ssh.private_key_path = File.expand_path("../my_secret_key", __FILE__)
end