高铬铸铁（High Cr white iron,HCWI）耐磨材料已被广泛应用于机械、矿业、冶金等领域。HCWI良好的耐磨性来自于硬质相M7C3（M=Fe,Cr）,但粗大的M7C3相会导致HCWI耐磨件性能降低。为细化M7C3的显微结构,通常在HCWI中采用添加合金元素、陶瓷相或快速冷却等措施,但细化效果不太理想。针对上述问题,本论文采用Ti3Al C2作为前驱体在HCWI基体中分解形成缺碳型Ti Cx和Al。原位形成的Ti Cx抑制了M7C3的生长,达到细化微观结构的目的;而部分Al原子固溶于基体中,有利于力学性能的提高。本论文采用无压烧结、热压烧结和放电等离子烧结技术,制备了Ti Cx增强HCWI（Ti Cx/HCWI）复合材料,系统研究了前驱体Ti3Al C2颗粒尺寸、升温速率、烧结温度和保温时间等因素对原位形成的Ti Cx颗粒尺寸和分布以及对M7C3细化效果的影响,揭示了原位形成Ti Cx的形成机制;测试了Ti Cx/HCWI复合材料的洛氏硬度（HRC）、弯曲强度、断裂韧性和耐磨性能,分析了复合材料的微观结构和界面结合状态对性能的影响。另外,还对比研究了直接添加Ti C形成的Ti C/HCWI复合材料和原位形成Ti Cx/HCWI复合材料的微观结构、力学性能、耐磨性能和抗氧化性能。论文取得了如下创新成果:（1）在1350-1500℃温度范围,原位形成1～2mm细小Ti Cx球形晶粒,Ti Cx晶粒分布于M7C3周围抑制了其生长,有效细化了M7C3微观结构。Ti Cx的形核和初始长大阶段符合经典晶体生长机制,而Ti Cx后期长大受非经典晶体生长机制控制。（2）研究发现,原位形成Ti Cx晶粒尺寸受前驱体Ti3Al C2颗粒尺寸、烧结温度、升温速率和保温时间的影响不是太大。但升高温度和增加保温时间能促进Ti Cx在基体中分布均匀。由于上述关键影响因素的可控性,为规模化制备微观组织细化的Ti Cx/HCWI复合材料奠定了基础。（3）优化制备工艺,采用两步法,即先在1500°C无压烧结5 min保证Ti Cx在基体中分布均匀;然后在1200°C-20 MPa-1 h热压烧结,制备了致密的4.3～21.5wt.%Ti Cx/HCWI复合材料。Ti Cx/HCWI复合材料比纯HCWI材料的力学性能和耐磨性提高明显。其中17.2 wt.%Ti Cx/HCWI复合材料的洛氏硬度达到HRC71.6,弯曲强度达到310 MPa,断裂韧性达到10.19 MPa·m1/2,它的弯曲强度和断裂韧性分别是HCWI的7倍多。在123 N高载荷下,17.2 wt.%Ti Cx/HCWI复合材料耐磨性达到315 cm-3,是HCWI耐磨性的6倍多。细化的微观结构和增强相与基体的强结合界面是复合材料性能提升的主要机制。（4）对比研究了在相同工艺下制备的17.2 wt.%Ti Cx/HCWI和17.2 wt.%Ti C/HCWI复合材料的相关性能。结果表明,两种复合材料的性能均高于纯HCWI材料。但原位Ti Cx/HCWI复合材料具有显著的细化组织结构,表现出更优异的力学和耐磨性能。在600°C空气中氧化96 h结果亦表明,Ti Cx/HCWI抗氧化性最好,氧化增重仅为0.23 mg/cm2,氧化行为遵循抛物线规律。