在节能减排和轻量化的背景下,轻质高强材料的开发势在必行。由于成本相对低廉、力学性能优良、应用前景广泛,铁基复合材料的研制备受关注,逐渐成为材料研究领域热点之一。已有研究表明,将低密度和高硬度的TiB₂陶瓷颗粒与铁基材料进行合成,可以制备出兼顾刚度、强度、塑性和耐磨性的新型Fe-TiB₂复合材料。本课题旨在通过原位合成法制备不同TiB₂颗粒含量（15%、20%、25%,体积分数）的Fe-TiB₂复合材料,通过实验表征和数值模拟等手段研究TiB₂颗粒含量对复合材料力学性能及干摩擦磨损性能的影响。主要研究内容及结果如下:（1）复合材料由两相组织构成,分别为α-Fe基体和TiB₂增强颗粒,多数TiB₂颗粒截面为3-4μm²的四边形,少数为六边形。随着TiB₂含量增多,复合材料的密度和硬度分别呈下降和上升趋势;当颗粒含量从15%增加到25%时,密度从7.47g/cm³降低到7.12g/cm³,显微硬度从244.3HV0.1提升至到368.3HV0.1。（2）随着TiB₂颗粒含量的增多,复合材料的屈服强度和抗拉强度逐步提高,但塑性却显著下降。三种复合材料的抗拉强度分别为531MPa、632MPa和659MPa,对应的伸长率为22.0%、15.4%和7.9%。颗粒增多使得Fe-TiB₂复合材料的断裂机理从韧性断裂转变为脆性断裂。（3）纳米压痕实验结果表明,随着复合材料中颗粒含量的增多,基体的弹性模量逐渐升高,基体抵抗形变的能力提高;同时,复合材料整体的弹性模量和硬度也不断提高,弹性模量分别为215.5GPa、222.5GPa和247.0GPa,硬度为6.43GPa、9.56GPa和14.51GPa。（4）通过Python编程建立了Fe-TiB₂复合材料多颗粒随机分布细观模型,对其单轴拉伸下的力学行为进行仿真模拟,结果表明:弹性段模拟值与实测值吻合度较高,塑性段模拟值要高于实测值;颗粒发生明显的应力集中,并且在加载方向两侧的界面位置应力值较高,该位置的基体应变量较大,整体应变分布出现了45°的塑性剪切带。（5）利用轴对称单胞模型进行了压力载荷下复合材料力学行为模拟,结果表明:颗粒占比越高,对整体刚度提升的贡献越大,在受到压力载荷时抵抗形变产生的能力越强;颗粒承担主要载荷,从受压位置到颗粒直至基体位置的应力值逐渐降低,在界面位置发生明显下降。（6）不同载荷及转速条件下的干摩擦磨损实验结果表明:随着复合材料中颗粒含量的增加,体积磨损量的增幅逐渐减小,相同条件下Fe-25%TiB₂复合材料的耐磨性能优于传统24CrNiMo耐磨铸钢。（7）从Fe-TiB₂复合材料的磨损表面形貌来看,磨损过程分为轻度磨损阶段、过渡阶段和严重磨损阶段。轻度磨损阶段主要发生显微切削,磨损机制为磨粒磨损;过渡阶段出现元素迁移,并在试样表面形成了机械混合层,磨损机制为磨粒磨损和剥层磨损;严重磨损阶段试样表面塑性变形加剧,表面出现裂纹而失效脱落,在过渡段形成的机械混合层失效剥落导致磨损严重,磨损机制包括剥层磨损和粘着磨损。此外,氧化磨损在各阶段一直存在,并随着磨损阶段的深入逐渐加剧。TiB₂颗粒一方面能够提高复合材料的承载能力,另一方面能够防止软相基体被磨损,两者都会提高复合材料的耐磨性,随着TiB₂含量的增多,这种强化作用愈发明显,使得复合材料能够维持在轻微磨损阶段,极大推迟严重磨损的发生。