碳化钨增强钢铁基复合材料(WC/Fe)是理想的耐磨材料,在机械、冶金、矿山等领域有广阔的应用前景。一方面,复合材料中引入高硬度和高稳定性的碳化钨颗粒;另一方面,碳化钨与铁液完全润湿,易于获得较好的界面。但是,无论采取外加法还是原位法,碳化钨增强体在高温制备条件下均易于溶解,限制了碳化钨的强化效果。本文采用低成本的钨铁、石墨为原料,通过粉末冶金-热压烧结制备WC/Fe复合材料。对固态扩散、近共晶两种温度体系下复合材料的原位反应过程、组织演变规律、热力学及相关动力学进行研究,结果表明:(1)第一性原理计算显示,在Fe-W-C体系可能生成的化合物(WC、W2C、Fe2W、Fe7W6和Fe3W3C)中,WC的形成能力较强,而且形成的晶体结构也最稳定;当体系生成W2C时,Fe3W3C也较容易得到,但其在热力学上不稳定。Fe-W-C体系的平衡相浓度计算结果显示总碳浓度对液相出现的温度、液相的量以及液相中的元素成分影响较大;高碳环境可抑制液相对WC的溶解。(2)随着钨铁与石墨球磨过程的进行,粉末粒径开始急剧减小,其后发生团聚,较长的球磨时间后团聚减缓,这与形成的非晶相有关。(3)WC/Fe复合材料的主要物相包括WC和α-Fe,中间产物为W2C和Fe3W3C。固态扩散与近共晶条件制备的WC、Fe3W3C的形貌差别均较大,局部液相是影响WC/Fe3W3C形貌差异的主因,它的作用使得反应区碳浓度出现变化,碳变化又会影响液相量,液相在毛细管力驱动下迁移并溶解WC,溶解过程又使得局部碳浓度升高。(4)刻面WC是经溶解再结晶机制形成的,单个WC晶粒生长时,生长基元平面二维形核;WC体积分数较高时,晶粒彼此异质形核;WC体积分数更高时,呈现出球形聚集,球体外表面粗化程度很高,球体间也会相互生长粗化,表现出球体的三维连续。