TiC基高锰钢结合金作为一种优异的耐磨材料,在水泥、矿山等行业获得广泛应用。然而,目前运用的高锰钢结合金韧性不足,强度偏低,越来越难以满足复杂工况的要求。基于此种现状,本实验以TiC粒度为出发点,试图通过粗细TiC颗粒的搭配制取具有非均匀结构的合金,以提高合金的综合力学性能。本实验着重研究不同粗细TiC晶粒的搭配比例对TiC基高锰钢结合金TM60组织性能的影响规律,且与粗晶粒和细晶粒合金进行比较研究。实验结果表明:1)细晶粒碳化物填充进入粗晶粒之间这种非均匀结构分布能够有效地降低合金的堆积空隙率,降低合金中孔隙数量;在粗晶合金容易形成大尺寸孔隙,而在细晶合金容易产生较多的小尺寸孔隙,且大尺寸孔隙对合金致密化的影响较细晶粒中数目多的小尺寸孔隙对合金致密化的影响大。粗细TiC颗粒的这种非均匀分布有效地改善了合金硬质相的分布均匀性,合金的综合性能在粗细比为5:5时达到最佳,硬度为最大值59HRC,相对粗晶和细晶均有所提高;抗弯强度为最大值1624MPa,相比粗晶提高约15%,相比细晶提高约8%;冲击韧性较细晶粒合金提高约35%,达到2.86J/cm2。综合性能考虑,选取粗细最佳配比为5:5。2)非均匀结构TiC基高锰钢结合金从宏观上分析断口无明显屈服现象,属脆性断裂:微观上分析TiC相具有典型脆性解理断裂特征,大尺寸晶粒以解理断裂为主,断面有清晰的河流状花样;小尺寸晶粒以沿晶断裂为主,基体断裂面表现为撕裂棱。孔隙、夹杂、脆性相聚集区和两相界面处都容易萌生裂纹。3)经1050℃水韧处理后,基体过饱和度增加,基体奥氏体的衍射峰出现矮化和宽化现象,水韧处理促进了硬质相TiC与高锰钢基体的元素扩散,改善了合金界面结合强度,提高合金性能。采用MLD-10型动载磨损试样机,对比研究了非均匀结构TM60和粗晶、细晶TM60在相同工况下的的耐磨性能差异,并分析了在高冲击功后的亚表层磨损形貌。实验结果表明:1)对比不同冲击功下合金的磨损量,发现:非均匀结构合金表现出优良的耐磨性能,非均匀结构合金在2J的低冲击功下,相对于粗晶粒合金提高约19%,相对于细晶粒提高约13.41%;在4J的高冲击功下,相对于粗晶粒合金提高约55%,相对于细晶粒合金提高约93%,非均匀结构合金在高冲击功下耐磨性更具有优势。冲击磨损过程中,基体高锰钢会发生加工硬化,在高冲击功下,其达到最佳硬化效果的时间较低冲击功下要短。2)对比非均匀结构TM60和粗晶、细晶TM60磨损形貌可以看出,非均匀结构合金磨损面较为平整,犁沟状划痕少而浅。主要是因为合金中的硬质相具有较高的堆积密度,以及能间接促进基体均匀分布,增强了合金的强度及耐磨性。非均匀结构合金的磨损机制主要表现为显微切削磨损、疲劳剥落磨损、碾碎性磨损三种形式,在低冲击功下,显微切削磨损占主导地位;高冲击功下,主要表现为疲劳剥落磨损、碾碎性磨损,有一定程度的显微切削磨损。3)从非均匀结构合金的亚表层裂纹扩展分析可知,粗细晶粒的相间分布,会使裂纹迁移时遇到粗晶粒后,容易被折回、转向,增加裂纹行程,增加裂纹扩展所需要的功,从而增强合金韧性、强度、耐磨性。