高铬铸铁因具备优良的抗磨性和高温塑性,被广泛用于冶金、矿山、军工、建材、能源等领域。但铸造高铬铸铁中普遍存在碳化物尺寸粗大、成分偏析严重等问题,造成合金强韧性不足,严重限制其耐磨潜能的充分发挥,难以满足苛刻工况下的性能要求。特别是25Cr系列高铬铸铁由于成本高、脆性大,在我国的耐磨铸件实际应用很有限。近年来,采用粉末冶金方法制备高铬铸铁获得系统研究,因为其碳化物形貌简单、分布均匀,使得抗弯强度和冲击韧性得到成倍提升,展现出良好的应用前景。不过,目前烧结高铬铸铁的研制工作主要集中在15Cr和20Cr两个系列,而实际上25Cr系列高铬铸铁由于含有更多的碳化物,硬度和耐磨性能更加突出。使用粉末冶金制备技术不仅有望有望显著提高其强度和韧性,而且进一步改善硬度和耐磨性,成为一种优异的高性能耐磨候选合金。此外,高性能烧结高铬铸铁的制备需要采用超固相线液相烧结（supersolidius liquid phase sintering,简称SLPS）技术,但是在合金SLPS过程中普遍存在烧结温度窗口较窄、组织调控难度大、合金力学性能稳定性较差等问题。解决该技术难题,对烧结高铬铸铁合金的实际生产和推广应用意义重大。本论文以25Cr系列亚共晶、近共晶和过共晶三种成分高铬铸铁为研究对象,系统研究了合金成分-SLPS工艺-致密化-显微组织演变-力学性能关系规律,针对SLPS存在有效烧结温度窗口窄的技术局限性,作者探索了一种变温分段SLPS新方法,实现了烧结温度窗口的有效拓宽和合金力学性能稳定性的显著提高。在此基础上,进一步研究了淬火/回火处理对显微组织演变及力学性能的影响规律,并对合金在冲击磨粒磨损和静载滑动磨损条件下的磨损行为和耐磨性能开展了系统评价与分析研究。作者还对研究中涉及的科学问题和理论机制展开了系统分析与深入讨论,提出了一些新的模型。论文的主要研究内容和结论如下:（1）利用扫描电镜、激光粒度分布仪和热重分析仪对三种原料粉末形貌、粒度分布和固液两相温度区间进行了分析,研究了定温SLPS制备合金中烧结温度对致密化行为、显微组织及力学性能的影响规律。结果表明:碳含量的增加使得粉末稳定性下降,导致固液两相区温度发生左移;三种合金粉末（亚共晶、近共晶和过共晶成分）的有效烧结温度区间分别为1234～1255°C、1240～1250°和1225～1235°C。烧结过程中,合金坯样致密化速率随烧结温度升高呈现先快速增加后平缓稳定的变化趋势,碳化物粗化速率与温度成正比关系;在有效烧结温度窗口内,相较于同成分铸态合金真实密度,烧结亚共晶、近共晶和过共晶合金的相对密度均在98.5%以上,三者硬度的最大值分别为57.1HRC、61.7HRC和64.4HRC;随着碳含量的增加,合金的抗弯强度和冲击韧性显著下降,当优化烧结温度为1250°C时,亚共晶和近共晶成分合金的抗弯强度和冲击韧性分别为2164 MPa、7.3J/cm~2和1654 MPa、4.4J/cm~2,过共晶合金在优化烧结温度为1230°C时获得抗弯强度和冲击韧性为1302 MPa、2.5J/cm~2。（2）采用变温SLPS工艺制备高铬铸铁,研究了烧结工艺对显微组织及力学性能的影响规律。结果表明:变温SLPS制备合金的相对密度≥98.5%,其有效烧结窗口拓宽至30°C左右;相较于定温SLPS制备高铬铸铁,在变温SLPS制备合金中碳化物等轴度增加,力学性能及其稳定性均得到提升,其中亚共晶合金的硬度达到59.5HRC,抗弯强度和冲击韧性分别为2260 MPa和7.8J/cm~2;近共晶合金的硬度为61.0HRC,抗弯强度达1816 MPa,冲击韧性为4.7J/cm~2;过共晶合金的硬度达到65.4HRC,抗弯强度和冲击韧性分别为1394 MPa和2.5J/cm~2。（3）借助于Thermo-Calc计算软件和SEM、EBSD等手段对烧结高铬铸铁初生碳化物的生长形貌及演变过程进行了探讨,结果表明:合金中大块初生碳化物由多边形棱柱状碳化物以非共格界面联结而成,碳化物颗粒粗化程度随碳含量的增加而加剧,碳化物的生长机理符合周期键链理论,以胞状曲面形式向液相无规则生长,并相互联结成U型或L型。（4）通过淬火+回火处理进一步提升烧结高铬铸铁的硬度,研究了热处理工艺对合金显微组织及力学性能的影响规律。结果表明:随淬火温度的升高,二次碳化物依次经历了析出、聚集长大、再溶解过程,合金硬度相应出现先增加后下降的变化规律,但是淬火+回火处理对提高硬度的影响作用十分有限。亚共晶和近共晶合金的硬度均在淬火温度为1000°C时达最大值,分别为63.3HRC和65.1HRC,而过共晶合金峰值硬度值为67.4HRC（960°C/2h淬火）。将淬火后达峰值硬度的合金进行回火处理发现,随着回火温度的升高,二次碳化物析出量增加,合金硬度也随之上升;当温度大于550°C后,二次碳化物聚集长大,基体发生晶格重组造成硬度下降;亚共晶、近共晶合金经回火后（450°C/2h）硬度峰值为61.5HRC和62.9HRC,过共晶合金经500°C×2h回火后获得最高硬度为65.8HRC。在回火温度分别在250°C和500°C左右时,合金出现回火脆性现象。亚共晶和近共晶合金分别经300°C×2h和400°C×2h回火处理后获得最佳冲击韧性,分别为3.7J/cm~2和3.9J/cm~2,过共晶合金经200°C×2h回火处理后获得最佳冲击韧性为2.4J/cm~2。（5）通过冲击磨粒磨损试验对烧结高铬铸铁的耐磨行为及磨损机理进行系统评价与研究。结果表明:试样在磨粒磨损过程中,磨损机理有切削磨损、疲劳磨损和脆性剥落,在冲击载荷较低条件下,以切削磨损为主,材料耐磨性随硬度增加而提升;相较于定温SLPS制备高铬铸铁,变温SLPS制备的亚共晶和近共晶合金因硬度较高,其耐磨性提升了20～30%;随着冲击载荷增加,疲劳磨损和脆性剥落成为主要磨损机理,合理的硬度/强韧性组合成为获得良好耐磨性的关键。由于变温SLPS制备亚共晶和近共晶合金中碳化物形貌得到改善,强韧性随之提升,使其耐磨性分别提升了50%和33%。（6）通过静载滑动磨损试验对过共晶高铬铸铁的磨损行为及磨损机理进行评价与研究。结果表明:在静载磨损过程中,合金的磨损机理主要有切削磨损和疲劳脆性剥落;在载荷较小情况下,合金耐磨性随硬度上升而提升,以切削磨损为主,对比定温SLPS制备的同成分高铬铸铁,淬火处理和变温SLPS制备过共晶合金因硬度较高（67.4HRC和65.4HRC）,耐磨性分别提升了32.6%和13.2%;在较高载荷下,疲劳脆性磨损机理比重增加,适当的硬度/强韧性组合有利于耐磨性的提高,淬火处理和变温SLPS制备过共晶合金的耐磨性相较于定温SLPS制备过共晶合金分别提升了50%和33%。