传统的金属基复合材料往往通过在金属基体中外加颗粒,通过均匀分散和界面控制,可以充分发挥组分间的协同效应和界面效应,获得优异的综合性能。然而,这种制备理念下的复合材料大多以“均匀”的单级复合结构为特征,对“结构效应”下复合材料组织和性能的影响研究不够深入,会造成基体材料的铸渗效果不理想,增强体与基体结合强度低,在磨损工况下容易导致WC颗粒的脱落。传统的WC/Fe复合区一般设计为层状,即复合层厚度低于耐磨工作面。虽然这种设计能完全保护基体,提高材料的耐磨性,但随着使用条件和工作条件的不断复杂化,层状钢基复合材料的设计越来越难以满足使用要求。本文以WC颗粒增强高铬铸铁为体系,通过设置不同预制体结构参数（柱径柱距比为0.5柱距从10 mm增至20 mm、柱径为5 mm柱距从10 mm增至15 mm、柱距为15 mm柱径从5 mm增至10 mm）,采用真空烧结与砂型铸造工艺,将均匀错排的WC预制体与基体材料以固-液复合的方法制备WC/Fe复合材料,研究不同预制体结构参数对复合材料组织和磨损性能的影响规律。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、三体磨料磨损机等分析测试手段对复合材料的物相组成、微观结构、元素分布与含量、显微硬度、耐磨性等组织性能进行表征测试。实验结果表明:（1）基体成分为典型亚共晶成分合金,在凝固过程中,初生奥氏体枝晶首先析出,当温度降至共晶点时发生共晶转变,形成共晶奥氏体和二次碳化物的混合共晶组织。而复合层为网状形貌的M7C3型碳化物,Cr元素在共晶奥氏体中形成（Fe,Cr）7C3,W、Ni元素在一次奥氏体枝晶内形成Fe3W3C、Ni17W3;（2）预制体柱径柱距比相同时,W元素扩散均匀能力随柱距从10 mm增加到20 mm而先增大后减小,复合材料的硬度和耐磨性均先增大后减小,其硬度从749 HV增至853 HV再减至788 HV;（3）预制体柱径为5 mm时,W元素扩散均匀能力随柱距增加而增大,并且复合材料的硬度和耐磨性逐渐增大,其硬度从749 HV增至813 HV;（4）当预制体柱距相同时,W元素扩散均匀能力随柱径增加而逐渐增大,且复合材料的硬度和耐磨性逐渐增大,其硬度从779 HV增至853 HV。通过有限元分析软件COMSOL对复合材料铸件的凝固过程进行温度场和液-固相变场模拟,基于W元素扩散解析解的双相解模型与有限元模拟结果,建立W元素扩散方程,带入数学分析软件MATLAB2015B中进行数值模拟,计算不同结构参数下预制体柱中W元素含量的分布变化曲线。结合模拟计算和实验结果可知,随着预制体结构柱间距的增加,预制体柱之间的金属基体高温区也随之增加,使靠近预制体柱区域的金属铁液周围平均温度增高,W元素扩散系数大小与W元素扩散温度呈正相关,其扩散温度越高扩散系数越大,凝固时间明显延长,而W元素扩散系数与金属铁液温度密切相关,元素扩散驱动力随温度的增加而增大,复合层中的W元素扩散能力增强,形成的复合层宽度增加,从而调控复合材料的元素扩散均匀性及耐磨性。