M7C3碳化物是过共晶高铬铸铁中重要的硬质相,但因其尺寸粗大导致过共晶高铬铸铁韧性不足,限制了材料耐磨性能的提高。M7C3碳化物的细化,通常采用孕育变质处理、快速凝固等方式,虽取得不错的效果,但同时也存在一些局限性,例如孕育衰退、铸件尺寸受限等。脉冲电流处理技术,在细化固溶体型晶粒方面已得到广泛的研究和验证;然而在细化化合物型晶粒方面,还缺乏系统的研究。前期研究发现,脉冲电流对M7C3晶粒具备有别于固溶体型晶粒的孕育和细化现象。但是,关于其孕育机理和影响因素,以及脉冲电流不同效应在M7C3化合物形核长大过程中的竞争、协同机制,目前并不清楚。开展相应的研究,能为脉冲电流处理技术在类似铸造合金上的应用提供重要理论依据和技术参考。在前期研究的基础上,本课题将不同密度的脉冲电流分别作用于过共晶高铬铸铁的液相线以上冷却阶段、凝固初期、凝固中期和“液相线以上冷却及凝固全程”等四个阶段,通过对比初生和共晶（Cr,Fe）7C3碳化物尺寸的变化规律,研究脉冲电流的自由能效应和搅拌冲击效应对熔体作用的竞争与协同机制,阐明脉冲电流在液相以上冷却阶段对碳化物的孕育机理,以及在形核长大阶段对碳化物的细化机理。结合SEM、TEM、XRD、EPMA、显微硬度、纳米压痕等技术,分析电流密度大小及作用时机对碳化物Cr/Fe比、显微结构及性能变化的影响规律和机理;最后探究脉冲电流对过共晶高铬铸铁强度和磨损性能的影响。结果表明,在液相线以上处理时,当电流密度为196.6 A/cm2,处理温度较低时(（熔体过度度为5～10℃）,初生碳化物被明显细化,其平均尺寸减小约30.5%,数量增加约78.3%。脉冲电流的自由能效应是初生碳化物孕育的主要原因,其增加类初生相原子团簇的数量,提高后续凝固过程中的形核率。但是孕育效果还受到熔体处理温度、电流密度和类初生相团簇内部结合力等因素的影响。熔体处理温度过高、电流密度过大或者过小、内部结合力较弱,都会减弱脉冲电流的孕育效果。在凝固初期（初生碳化物形核阶段）处理时,随电流增加初生碳化物尺寸先减小后增加,最大减小26.5%。该阶段自由能效应与电磁冲击效应为竞争关系:当施加脉冲电流时,自由能效应的晶核增殖作用能立即发挥作用,而电磁冲击力需要增大至足以克服“类碳化物团簇”的内聚力时,抑制晶核增生的效应才能明显发挥作用。在凝固中期(（初生碳化物生长阶段）处理时,随电流增加,初生碳化物尺寸先减小,后保持不变,碳化物尺寸最大减小约32.1%。自由能效应和电磁搅拌效应放大了碳化物的生长各向异性,使初生碳化物杆变的更加细长,从而容易被电磁冲击、搅拌效应所折断,碳化物因数量增加而使晶粒细化,三种效应为协同关系。在“液相线以上冷却及凝固全程”处理时,共晶团直径随初生碳化物数量的增加而减小,共晶碳化物片层厚度几乎不变。在液相线以上处理时,初生碳化物中Cr/Fe比随电流的增加而减小;在凝固的不同阶段处理时,对应的初生碳化物、共晶碳化物的Cr/Fe比随电流密度的增加先减小后增加。一方面自由能、电磁冲击、电磁搅拌等效应分别通过电致过冷、降低Cr活度、增加度过冷,从而降低了Cr的有效分配系数;另一方面,电磁搅拌效应减小固液界面扩散层厚度,提高Cr的有效分配系数。Cr/Fe比的变化,是两方面相互竞争的结果。在碳化物生长过程中,当电流密度为196.6 A/cm2≤J≤393.2 A/cm2时,层错密度由原来的约20%增加到约50%;当电流密度增大到491.5 A/cm2,层错密度又下降至约30%。这一现象与脉冲电流作用到单个原子上的能量W大小有关。当W较小时,有利于液相原子向固相跃迁,提高生长速率和错排概率,增加层错密度;当W过大时,因同时促进固液原子相互跃迁而抑制层错形成,降低层错密度。碳化物层错密度增加,使其硬度比同等Cr含量的碳化物高100～200 HV0.3。与未处理样相比,初生碳化物细化后,抵抗外物压入及破碎的能力降低,使材料的硬度和三体磨损性能分别降低了4.5%和46.7%;而初生碳化物细化后,能减小应力集中,阻碍裂纹扩展,试样的压缩强度和抗冲击磨损性能分别提高了32.8%和40.7%。在初生碳化物尺度相同的情况下,在凝固中期阶段处理的碳化物能使试样表现出更高硬度、强度、以及抗三体和冲击磨损性能。