高铬铸铁、高锰钢以及含碳化物等温淬火球墨铸铁（CADI）是三种常用的钢铁耐磨材料,但在生产这些耐磨材料的过程中,分别容易出现碳化物粗大、晶粒度级别相对较低以及石墨球化不良等问题,这都影响了材料的耐磨性能。在钢铁材料中外加纳米粒子能有效促进钢铁材料结晶在过程中的非均匀形核,起到细化晶粒、改善微观组织形态的作用。本文根据上述三种耐磨材料的特性和工业生产条件,采用不同的加入方式分别将纳米CeO₂、纳米ZrO₂以及纳米SiC加入到高铬铸铁、高锰钢以及CADI中。研究了外加纳米粒子对钢铁耐磨材料的显微组织、力学性能、耐磨性能以及磨损行为的影响。先将0.08wt.%的纳米CeO₂粒子固定于铸造用泡沫模内,通过浇铸过程使纳米粒子进入到高铬铸铁试样中。试验结果表明:与未加入纳米粒子的试样相比,加入了纳米CeO₂的高铬铸铁试样碳化物形态明显改善,淬火回火试样硬度提高了2.7 HRC,冲击吸收能量提高了31.6%,抗三体磨料磨损性能也得到了明显的提高。三体磨料磨损行为研究发现:细化和分布均匀化的碳化物能有效阻碍磨粒的压入和滑动,减少磨粒对基体组织的磨损,与此同时,碳化物也更能得到基体组织的支撑保护,减少了在磨损过程中的断裂,因此加入了纳米CeO₂的试样表现出更优的耐磨性。采用中间合金法将0.2wt.%的纳米ZrO₂粒子以钢液冲包的方式加入到高锰钢中,试验结果表明:与未加入纳米粒子的试样相比,加入了纳米ZrO₂的高锰钢试样晶粒度级别由2.5级提高至3.5级,水韧处理试样布氏硬度提高了3.8 HBW,冲击吸收能量提高了28.9%,并且抗冲击磨料磨损性能也到了明显改善。冲击磨料磨损行为研究发现:磨损加工硬化程度的加深可以提高高锰钢的耐磨性,而高锰钢的磨损加工硬化程度与其晶粒度和磨损试验的冲击功有关,晶粒度级别提高、冲击功加大,则加工硬化程度加深;磨粒在材料表面运动时会形成犁沟和塑性挤压变形,犁沟边缘和塑性挤压变形区域极易形成裂纹,造成材料剥落,当高锰钢晶粒度提高时,其硬化程度加深,能减少较深犁沟和剧烈挤压变形的形成,从而在一定程度上减少磨损量。同样采用中间合金法将0.1wt.%的纳米SiC粒子以铁液冲包的方式加入到CADI中,试验结果表明:与未加入纳米SiC的试样相比,加入了纳米SiC的CADI试样球化率提高了13.8%,石墨球尺寸细化,冲击吸收能量提高了41.3%,并且抗冲击磨料磨损性能得到明显的提高。对CADI的冲击磨料磨损行为研究发现:冲击磨损会导致CADI亚表层的奥铁体组织发生纳米化转变,硬度显著提高,使得石墨与奥铁体组织之间的形变不一致程度提高,进而造成裂纹容易在石墨和奥铁体的界面萌生,并且亚表层组织转变所具有的不均匀性也使得裂纹能快速传播;加入了纳米SiC的CADI试样球化率较高,石墨球的“缺口效应”导致的应力集中较小,所以相对于未添加纳米SiC的CADI试样,其形成的裂纹较少,抗冲击磨损性能较优。