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本研究采用SHS方法和铸造相结合,制备出颗粒增强钢基表面复合材料,在保持精铸模具钢基体高韧性的同时,表面的硬度显著提高,从而改善材料的抗磨损性能。 采用溶液热力学对Al-C-Ti体系进行热力学计算,TiC是最稳定的热力学相,但是铝含量不宜过高,一般不超过40%,否则容易引起钢的脆性。对Fe-C-Ti体系SHS过程中绝热温度和反应生成焓的计算可知Fe含量宜选在30%左右,且TiC也是Fe-C-Ti体系中最稳定的热力学生成相;通过DTA分析可初步获得两种体系的反应过程。 利用SEM、XRD对两体系热爆产物分析表明:铝粉、钛粉的粒度越小,Al含量越高,Al-C-Ti体系越容易反应;Ti粉粒度越小,Fe-Al-C-Ti体系越易反应,铝可作为Fe-C-Ti体系的稀释剂,起细化晶粒的作用;热爆温度越高,两体系反应越彻底;在不高于400℃时空气条件下预热虽发生少量氧化,不影响坯块发生自蔓延反应。对浇注产物分析表明:基体都是珠光体和马氏体的混合铸态组织;颗粒相粒径在1μm～2μm之间,Fe-Al-C-Ti体系颗粒相相对较小,分布均匀,基体和表面复合层相互渗透;Al-C-Ti体系钢基表面复合材料表面FeAl含量较高。 所获得的表面复合材料表面硬度除表面0.5mm外均显著提高,且呈梯度过渡到基体;ball-on-disk磨损试验表明,该表面复合材料的耐磨损性能显著增强,提高约一倍左右。其在常温下的磨损机制为粘着磨损和疲劳剥落磨损。