采用离心铸造工艺制备了以GCr15轴承钢为基体,20wt%含量WC颗粒为增强颗粒的WC钢复合材料——LGJW20。借助金相分析、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析等方法研究了材料熔铸态的微观组织及相变过程;观察了热处理工艺对材料组织结构的影响;重点研究了材料的热疲劳表现:热疲劳裂纹的扩展机理,热处理工艺对热疲劳性能的影响,以及热循环后材料组织及性能的变化。由于LGJW20中加入的WC含量较低(20wt%),多数WC颗粒溶入高温钢液中。W元素主要在共晶反应过程中析出,主要的物相组成为Fe3W3C;基体为细小的珠光体组织,其中析出大量的原位碳化物颗粒。LGJW20组织中在铸造过程中析出大量复式碳化物且沿晶界分布组织,碳化物主要有3中形态:鱼骨状共晶碳化物、网状二次碳化物及大块状碳化物组织,其形成机理、元素组成及物理性能都存在着很大的差异。热处理工艺有效改善了LGJW20的组织,提高了材料的性能:等温球化退火工艺有效消除了组织缺陷,碳化物溶解析出,网状二次碳化物断网球化,组织均匀化;淬火时,碳化物大量溶解,基体转变为淬火马氏体组织。在950℃时,淬火组织的硬度值达到最大值,淬火效果最好;200℃低温回火后,基体中碳元素的偏聚、马氏体的分解、残余奥氏体的转变及碳化物的析出与聚集球化,基体组织中析出大量二次碳化物颗粒。LGJW20在冷热循环的作用下,组织中碳化物与基体间界面上产生较大的应力集中,生成大量的微孔,从而萌生热疲劳裂纹,其主要以一条主裂纹的形式沿碳化物扩展。合适的热处理工艺,可以改善组织结构,减小基体与碳化物间的硬度差,能提高LGJW20的热疲劳性能,试验结论为980℃淬火200℃回火时材料的热疲劳性能最佳。热疲劳裂纹扩展速率和热循环次数间呈线性关系,组织在交变温度作用下发生累积回火转变,硬度值降低。