C-Si-Mn-Cr钢具有以贝氏体、马氏体、残余奥氏体为主的复相组织,能够通过热处理工艺来调控组织和耐磨性,因而被广泛应用于矿山和机械等领域。目前通过淬火-回火、淬火-分配、淬火-分配-回火等热处理工艺均能对C-Si-Mn-Cr钢进行组织调控,但在热处理过程中通常需要利用油类等淬火剂,其存在能耗大、固废、成本高等问题。水空交替循环控制冷却热处理工艺利用水和空气作为冷却介质,可通过控制淬火过程,以经济无污染、无固废的方式实现组织可控而成为研究热点,且在厚大铸锻件的热处理过程中,具有能够防止因受热不均造成开裂的优势,但其在通过工艺来调控组织及演变机制等方面的相关研究仍然较少且不够深入。论文以0.4C-1.6Si-2Mn-0.6Cr钢为研究对象,利用水空交替循环控制冷却工艺,研究控制冷却过程中的不同等温温度（240℃、285℃、330℃）、等温时间（5 min～145 min）、水淬时间（15 s、20 s、25 s）及循环次数（0次、1次、2次、3次）下的微观组织形貌及相组成,并分析组织的形成和演变过程,阐明组织对性能的影响规律,揭示钢在控制冷却后的磨损机制,对于相关耐磨材料的热处理工艺制定和生产应用具有重要的理论指导和实际意义。通过对0.4C-1.6Si-2Mn-0.6Cr钢进行水空交替循环控制冷却热处理,获得以下结论:在水空交替循环控制冷却过程中,能够获得贝氏体、马氏体和残余奥氏体复相组织,但不同工艺条件和不同位置下组织的相组成有所差异。随着等温温度升高,贝氏体和残余奥氏体的含量增加,而马氏体含量逐渐减少;沿心部至表面不同位置,贝氏体含量略微降低,而马氏体逐渐增加。随等温时间延长,贝氏体含量增加到最大值46.5%时趋于稳定,且贝氏体转变速率从心部至表面逐渐增加。随水淬时间延长,贝氏体含量变化量小于3.1%,马氏体由39.7%增加到47.7%。随循环次数的增加,钢在水空交替+空冷条件下,贝氏体、马氏体和残余奥氏体的含量增加,且沿心部至表面位置也逐渐增大;而钢在水空交替+水冷条件下,贝氏体和残余奥氏体含量随循环次数的增加而增加,马氏体含量减少,且从心部至表面位置,钢中的贝氏体含量逐渐降低,马氏体和残余奥氏体呈增加的趋势。借助XRD、OM、SEM、EPMA、EBSD、TEM等技术,对0.4C-1.6Si-2Mn-0.6Cr钢水空交替循环控制冷却工艺下的组织演变机理进行研究。结果表明,由于钢在水和空气中的冷却速度不同,当控制冷却温度降低时,相变驱动力逐渐增大,贝氏体形核率提高。随着水空交替的进行,有利于改善钢件的内外温度分布均匀性,钢的温度降低到贝氏体相变区时,贝氏体开始长大,且含量逐渐增加。当温度继续降低至Ms点以下时形成马氏体,从而获得贝氏体和马氏体复相组织,不同位置的冷却速度不同会导致钢在相同工艺条件下的组织形貌和相组成存在差异。结合数值模拟计算和实验,实现了通过调整工艺参数来控制组织的转变规律,并获得钢在水空交替循环控制冷却后等温处理过程中贝氏体组织转变量与等温时间和位置三者之间的关联模型。通过对钢在不同冷却条件下的性能进行测试,获得0.4C-1.6Si-2.0Mn-0.6Cr钢的性能结果为:（1）随着等温温度的升高,钢的硬度值降低,而冲击韧性值逐渐增加;钢的硬度和韧性随等温时间的延长而呈先增加后减小的趋势,钢在水淬时间增加到25 s时达到最大抗拉强度1184 MPa。（2）随着循环次数的增加,在交替循环+空冷条件下,钢的强度从831 MPa提高到循环三次后的1281 MPa,硬度从25 HRC增加到46 HRC,冲击韧性达到50 J/cm2。在交替循环+水冷条件下,钢的强度和韧性逐渐增加,硬度反而降低,力学性能的差异是由于水空交替过程中形成贝氏体、马氏体和残余奥氏体复相组织的相组成不同。（3）0.4C-1.6Si-2Mn-0.6Cr钢在冲击磨料磨损下的表面形貌主要为裂纹、剥落、微切削和犁沟。随着循环次数的增加,形成的贝氏体和残余奥氏体作为韧性相可减缓应力集中,阻碍裂纹的萌生和扩展。钢经多次水空交替循环冷却后会形成细小的贝氏体和马氏体复相组织,其具有细晶强化的作用。残余奥氏体在冲击磨料磨损过程中受力发生塑性变形,产生加工硬化转变成马氏体,从而使钢具有较高的耐磨性能。