近年来,学者们在陶瓷颗粒增强金属基表层复合材料的热疲劳特性方面开展了多项研究,但由于增强颗粒与基体、复合层与基材间热物理性能存在差异导致其在激冷激热的工况下作业时会形成热应力,热应力的存在对其热疲劳性能产生较大影响。因此,论文采用高能球磨+真空烧结成功制备了界面结合良好、组织致密的WC_P/钢基表层复合材料,采用ANSYS有限元软件模拟了冷却速率、颗粒形状、颗粒尺寸及分布情况对复合材料内部热应力-应变场的影响;同时通过热震实验探究上述参数对复合材料的热疲劳性能影响,并对疲劳裂纹的萌生与扩展进行了初步研究。重点研究WC_P/钢基表层复合材料的疲劳应力及其与疲劳性能之间关联性,为复合材料的结构设计优化提供理论依据。有限元分析结果显示:45钢基体与WC陶瓷颗粒由于热物理性能与力学性能存在差异,冷却过程中,复合材料内形成较大的热应力场,且颗粒受到压应力,基体中存在拉应力;复合材料在不同冷却速率下热应力随时间变化趋势不一致,冷速越快则热应力变化越剧烈,热应力即会瞬时被保留下来;球形WC颗粒在界面处热应力分布均匀,正方形颗粒在尖角处容易形成应力集中现象,且复合材料内热应力随着WC颗粒棱角增加而减小;随着WC颗粒尺寸直径增加其热应力逐渐下降,而基体中的塑性应变及其变形区逐渐增加;WC颗粒不同分布情况决定颗粒间距离。当颗粒均匀分布时,颗粒间距较大,干涉区应力影响可以忽略。当颗粒团聚分布时,颗粒间距较小,颗粒间应力影响区发生叠加效果,干涉区应力随着颗粒间距减小而增大,且在宏观界面处也有较大应力场。热震实验结果表明:复合材料在不同冷却速率下其内部产生裂纹的数量与速度不一样,冷却速率越快则其内部产生裂纹速度最快且数量最多;球形WC颗粒复合材料内不易产生裂纹,不规则WC颗粒易在棱角处产生裂纹且随着棱角角度越小萌生与扩展裂纹的速度越快;颗粒团聚时,其易在颗粒间产生大量相互搭接扩展的裂纹;裂纹易在界面处萌生并扩展,当界面结合强度高时,界面处或颗粒内部先萌生扩展出多条交织在一起的微裂纹,最终使颗粒内部发生粉碎性脱落,若生成弱界面时,则裂纹会沿着界面四周扩展最终整体脱落。因此,为提高WC_P/钢基表层复合材料热疲劳性能,应选择球形或棱角较大的颗粒,设计合理的制备工艺使颗粒均匀分布在基体中,同时,复合材料应用过程中尽量避免疲劳环境温差较大。