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药芯焊丝明弧自保护焊制备耐磨零件具有良好的经济性、可靠性且熔敷效率高，已广泛应用于制备混凝土输送管和磨煤辊等耐磨零件。但是，目前市售高铬合金脆性比较大，极易开裂剥落而失效，主要在于树枝状和网状碳化物数量偏多。鉴于这种情况，本文通过优化Fe-C-Cr-Si-Ti系列药芯焊丝组成来改善其碳化物形态，并从结构上增设缓冲层与过渡层来以降低堆焊合金层的残余应力。首先，借助光学显微镜、扫描电镜、X-射线衍射仪和显微硬度计，研究了碳加入方式对高铬堆焊合金层显微组织和性能的影响。结果表明，随着药芯焊丝外加TiC含量增加，因母材稀释作用所产生的网状或者树枝状碳化物体积分数显著减小直至消失，但增加到5%TiC时，焊缝表面残渣多而使之失去实用价值。湿砂磨粒磨损试验结果显示，随TiC含量提高，耐磨性逐渐改善；4%TiC时最佳，磨损形貌分析表明，明弧堆焊合金的磨损机理主要为微观剥落。鉴于明弧堆焊条件下，TiC颗粒存在高温分解固溶而使表面残渣量过多的不利情况，尝试选用埋弧焊方法来堆焊熔敷高铬合金层，考察了高达16%质量分数的外加TiC颗粒对其显微组织及性能的影响。试验结果表明，随外加TiC含量增加，高铬堆焊初生M7C3数量增多且趋于更为弥散分布，但尺寸减小；其共晶（-Fe+Fe3C）体积分数降低，二次M7C3相颗粒增多，其磨损失重先减小再提高然后降低。先是因为TiC使初生M7C3相颗粒减小所致，后因二次M7C3相颗粒不断增多而改善。尤其值得一提的是，10%TiC时，堆焊合金出现六边形初生M7C3相聚集体，这与高铬铸铁所示初生M7C3相形态显著不同，应为高碳铬铁组分所含初生M7C3相直接转化而来。其次，由于明弧堆焊是一个快速非平衡凝固过程，组分颗粒度和加入方式不同，其冶金反应活性各异而影响相组织形态。本文考察了单质碳组分石墨、化合碳组分B4C和自脱氧剂Fe-Si等组分粒度对明弧堆焊合金显微组织、耐磨性及表面残渣量的影响。结果表明，超细石墨易于先期氧化为气体，增强明弧熔池保护作用，而粗石墨颗粒过渡系数高而使碳化物尺寸偏大，并导致焊接飞溅增加和自生保护气体数量不足，试验结果显示采用（4%银片状+4%泥状）石墨组合时，综合效果最好。化合碳组分B4C高温下易于分解，其释放出的B与Si可联合脱氧，提高熔体的流动性，改善焊缝成形，所提供的C原子可氧化形成保护气体，减小表面残渣量。试验结果还显示，细小硅铁颗粒改善熔体流动性效果好，且初生M7C3相尺寸更大。因此，选择适宜颗粒度的组分可以增强明弧堆焊合金的自脱氧作用等并可优化初生碳化物形态。最后，在Q235A基体依次堆焊了20Cr2Mn12NiMoN塑性缓冲层+过渡层+含外加TiC颗粒的耐磨层的堆焊合金，界面组织和硬度曲线分析表明，增加塑性缓冲层与过渡层一方面可降低耐磨层成分稀释影响，利于耐磨合金层组织保持稳定；另一方面可有效降低堆焊合金层的硬度分布梯度，避免残余应力集中分布。