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药芯焊丝明弧焊方法以其经济、便捷、可靠等优点应用于堆焊制造和再制造先进机械零件耐磨层,而焊道预置合金粉末型药芯焊丝或者实心焊丝明弧焊则是一种稀释率低、熔敷效率高、节能低耗的堆焊方法,有效弥补了药芯焊丝包粉量有限和实心焊丝合金元素加入有限的缺点。本文通过优化药芯粉末组分和预置粉末组分,通过光学显微镜、X-射线衍射仪、扫描电镜及其附属能谱仪等研究手段,系统探讨了堆焊工艺及合金元素含量等对其堆焊合金显微组织及性能的影响。首先,采用药芯焊丝自保护明弧焊方法在Q235A钢基体熔敷Fe-17Cr-4C-2V-Mn-Si-Ti多元合金系的耐磨合金,考察了硅含量对其显微组织和耐磨性的影响。结果表明,随着硅含量提高,初生M7C3相由板条状转变为六边形块状弥散分布,其中M代表Fe,Cr,V,Mn等合金元素;其相邻间隔的γ-Fe改变为包围该相,数量逐渐减少直至消失。磨损试验结果表明,适量硅对耐磨性有改善作用,过量不利,合金磨损机理有微切削和微观断裂两种。该合金耐磨性不仅与初生M7C3相的显微硬度、分布及形态有关,而且与其周围组织类型相关,其中适量包裹初生M7C3相的γ-Fe可增强合金韧性并改善耐磨性。接着,为提高熔覆层合金元素含量并降低Q235A母材的稀释率的影响,考察了焊接电流和预置合金粉末组分对药芯焊丝明弧堆焊合金显微组织及耐磨性的影响。结果表明,随着焊接电流增加,母材稀释率增加,析出了M7C3、Fe3C、M2B、Fe2N等硬质相,其中M2B颗粒由预置粉末中Fe-B原位熔化而成,M7C3碳化物尺寸和体积分数随之增大,但该堆焊合金宏观硬度变化不大,磨损失重ΔM先轻微波动,至430A时,合金耐磨性最好,主要由于此时适量γ-Fe包裹初生M7C3相。随预置硼铁合金粉的增加,合金析出了M7(C,B)3、M2B等硬质相,初生M7(C,B)3由长条状变为粒状,先呈块状,随后因数量增多而细化;界面组织呈亚共晶→共晶→过共晶结构变化趋势。随预置高碳铬铁合金粉增加,合金六边形块状初生碳化物M7C3相尺寸逐渐增大,离熔合线4mm处显微硬度最高,4mm至堆焊层表面显微硬度则下降,这主要由于该4mm处次表层散热较慢而使初生M7C3相有更为充足的时间来长大。随预置硅铁合金粉的增加,合金所含Fe3C相减少,γ-Fe相少量增加,初生M7C3相由长条状变小,随后长大并均匀分布,总碳化物体积分数增加,初生碳化物M7C3相的体积分数小幅波动;合金表层硬度变化不大,ΔM先急剧降低后降低幅度减小,耐磨性大幅度改善。随预置中碳锰铁合金粉增加,初生M7C3从长条状先变短后变大,颗粒尺寸渐趋均匀,其堆焊合金宏观硬度变化不大,ΔM先增加后减小,然后增加,其磨损形貌以轻微的划痕+较少的剥落坑为主。最后,采用焊道预置合金粉末实心焊丝明弧焊方法制备了耐磨合金层,考察了硅铁、硼铁等预置粉末对其显微组织及耐磨性的影响。结果表明,随预置硅铁粉增加,基体由胞状铁素体改变为铁素体和马氏体共存,其中马氏体数量逐渐增加,胞状沿晶(Fe,Cr)23C6数量随之增加;该堆焊合金表层硬度先小幅波动,随后急剧下降,磨损失重ΔM先小幅变化随后急剧增加。随预置硼铁粉增加,α-Fe晶胞长大,沿晶碳硼化物数量增多,该合金宏观硬度增加,ΔM变小,其磨损形貌以显微切削为主。