高铬铸铁材料具有优异的耐磨性和较低的生产成本,被广泛应用于煤矿、国防、冶金和建筑等重要工业领域,但其在冲击较大的工况下耐磨性仍有所不足。近年来,许多国内外学者在高锰、高铬铸铁材料研究的基础上添加W、Mo、V等合金元素,开发出多种高合金耐磨材料。合金元素中,Cr、W、Mo、V等元素为碳化物形成元素,在凝固过程中与C元素作用形成高硬度碳化物,能够有效的提高材料表面的宏观硬度,但这些碳化物同时会割裂基体,造成材料韧性的下降。Mn元素具有稳定奥氏体的作用,有利于材料获得一定体积分数的奥氏体组织,提高材料的韧性。因此,合理地添加W、Mo、Cr等碳化物形成元素和Mn元素,可以获得兼具高硬度和高韧性的新型耐磨材料。本课题中详细研究了高锰含量下W元素的添加量对高合金铸铁材料结构及性能的影响,并在此基础上进行热处理和添加ZTA颗粒进行复合,进一步优化材料的耐磨性,主要得到以下结论:向高锰高铬铸铁中分别添加质量分数为0%、4%、6%和10%的W元素进行液相烧结,发现凝固后材料基体部分主要物相为奥氏体,另外析出了 M2C型碳化物、M6C型碳化物、M7C3型碳化物等多种类型的高硬度碳化物。随着W元素质量分数的增加,样品内碳化物数量逐渐增多,当W元素质量分数为10%时产生了大量网状碳化物组织,对材料性能产生不良影响。试验发现,当W元素为6%时,高合金铸铁的表面宏观硬度较相同Cr含量的普通铸态高铬铸铁提高了 36.78%,磨损量降低了 19.53%,在四组不同W含量的高合金铸铁中均表现最优,因此本课题选择W元素质量分数为6%的配方进行后续的热处理及添加增强颗粒制备复合材料。对高合金铸铁进行1050℃淬火处理后,分别进行500℃、550℃、600℃回火处理。结果表明,高合金铸铁样品经过热处理后基体内马氏体含量增多,碳化物的种类与铸态样品相似,但在形态上有所不同。样品中的网状碳化物基本消除,渗碳体由短棒状转化为细粒状。结构上的变化使热处理样品的表面宏观硬度、冲击韧性和耐磨性较铸态试样相比均有所提高。其中,1050℃风冷淬火+600℃炉冷回火后所得样品表面宏观硬度及冲击韧性分别较铸态样品提高了 9.84%和54.71%;质量磨损量较铸态样品降低了27.71%,材料的综合性能得到了明显的提高。在高合金铸铁基体中添加体积分数为10%、20%、30%和40%的ZTA颗粒,采用工艺简单、成本较低的液相烧结法制备出ZTA颗粒增强高合金铸铁复合材料。ZTA颗粒与铸铁之间润湿性较差,但基体中含有的Ti元素可与Al203产生界面反应;Mn元素与Al203反应,在ZTA颗粒表面形成一层玻璃相,黏结颗粒与基体,复合效果明显提高,复合效果较好,液相烧结法可行。对样品进行扫描时发现,ZTA颗粒体积分数达到30%后基体内出现少量开裂情况,对材料的综合性能造成不良影响。采用摩擦磨损来检测该复合材料的耐磨性能,发现材料磨损面的平均摩擦系数随着ZTA颗粒体积分数的增加先迅速下降,ZTA颗粒体积分数达到20%后趋于稳定。综合复合材料的结构及性能,认为对于本文中制备的ZTA颗粒增强高合金铸铁复合材料中增强颗粒最适宜的体积分数为 20%。