球墨铸铁问世以来,因其力学性能良好、铸造性能优越且生产成本较低,被广泛应用在机械、能源、军工等领域。目前研究人员发现通过合金化和热处理等手段提高球墨铸铁的服役性能,已经难以满足某些核心部件对高强度、高韧性的要求。因此,亟需研发一种提高球墨铸铁服役性能的新方法。本文以QT450-10球墨铸铁作为研究对象,将内生法、外加法与传统铸造技术相结合,制备纳米TiC-TiB2颗粒增强球墨铸铁。研究了微量纳米TiC-TiB2颗粒的加入对球墨铸铁微观组织、力学性能和耐磨性的影响,揭示了纳米颗粒对铸态球墨铸铁的组织调控机制、强韧化机制和耐磨性提高机制。本论文研究的主要结果如下:纳米TiC-TiB2颗粒能够细化球墨铸铁微观组织。添加纳米TiC-TiB2颗粒后,球墨铸铁中石墨球的球化率提升了15.9%,尺寸减小了35.8%,单位面积内数量提升了70.1%,铁素体含量提升了5.3%,珠光体的层片厚度和间距减小,晶粒尺寸减小了32.9%。揭示了纳米颗粒对球墨铸铁凝固组织和铸态组织的调控机制:相变过程中纳米颗粒可以作为异质形核核心,有效促进石墨球、奥氏体、铁素体、渗碳体的形核,同时一部分未充当核心的纳米颗粒可以作用于液固界面,阻碍枝晶生长,细化晶粒。纳米TiC-TiB2颗粒能够提高球墨铸铁的力学性能。添加纳米TiC-TiB2颗粒后,球墨铸铁的硬度略微提升。室温下,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提升了5.3%、3.0%和32.5%;150℃下,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提升了6.6%、1.9%和23.5%;20℃下的冲击韧性提升了50.4%,0℃下的冲击韧性提升了36.1%,-20℃下的冲击韧性提升了28.3%。揭示了纳米颗粒对球墨铸铁的强韧化机制:纳米颗粒通过细晶强化、Orowan强化、载荷传递强化、热错配强化和辐散裂纹等方式实现球墨铸铁强度和韧塑性的协同提高。纳米TiC-TiB2颗粒能够提高球墨铸铁的耐磨性。在不同温度、载荷和转速下,纳米颗粒增强球墨铸铁的体积磨损率降低,降幅均在10%以上。揭示了纳米颗粒对球墨铸铁的耐磨性提高机制:纳米颗粒通过提高基体的硬度、分离摩擦副接触面、分担外载荷、阻碍犁削以及阻碍表层和亚表层的塑性变形提高球墨铸铁的耐磨性。