热作模在工作时,模具表面温度能达到500℃左右,模具表面在高温下极易发生氧化和软化,导致磨损失效很容易发生。结合热作模具的使用工况,本文采用梯度覆层的设计思想,以正交试验优化铁基高温合金作为过渡层材料,对过渡层进行耐磨性改善作为表层制作TIG弧堆焊梯度覆层。用OM、EPMA、XRD、显微硬度、回火软化、高温抗氧化以及泥沙磨损等试验方法验证和表征覆层材料的性能。综合分析试验结果可知,TIG焊铁基高温合金覆层的组织为奥氏体（晶内）和断续网状铁素体（晶间）,金属间化合物呈弥散分布,晶间还有少量点状特殊碳化物,添加Cr、W、Mo等合金元素后,金属间化合物弥散析出量增多。1A、3C、10J覆层物相组成一致,覆层中主要以（Fe,Ni）固溶体为基体相,还包括Fe₂Ni₃、FeNi、Cr₂Ni₃等物相。采用三层堆焊覆层,覆层表层成分与设计成分接近,合金元素收得率较高,其中10J覆层Cr、Ni收得率分别约为78%,73.5%,正交组1A的覆层收得率更高,分别达到了82%和75.6%。通过回火试验确定正交试验推优铁基高温合金熔覆层11K的合金元素正交组合为:15%Cr-2%Mo-6%W。高温回火试验结果表明:与10J相比,添加合金元素后正交组部分覆层的回火抗力增强。700℃高温回火后,1A覆层硬度(346HV_0.1)在正交组中最大,分别较基础配方覆层10J、H13钢提高约50 HV_0.1、82HV_0.1,而正交优化配方11K覆层硬度(349 HV_0.1)高于1A覆层;在600℃、700℃氧化试验中,11K高温抗氧化性能优异,其单位面积氧化增重分别是H13钢的1/8、1/3。以正交优化覆层11K作为梯度覆层过渡层,分别加入WC和Cr₃C₂增强优化覆层作为梯度覆层表层,制备了梯度覆层试样12L和13M。梯度覆层表层由铁基固溶体、碳化物以及金属间化合物构成,其中碳化物和金属间化合物以点状形态在基体中弥散析出,过渡层与H13钢基体材料形成了良好的冶金结合状态。覆层显微硬度结果表明:碳化物的加入对铁基高温合金的硬度具有较大的改善,梯度覆层12L、13M显微硬度差别不大,表层覆层厚度均约为3mm,显微硬度值约为540 HV_0.1左右,覆层在2mm厚度范围内硬度基本没有出现下降的现象,受合金元素稀释率的影响,接近过渡层处覆层硬度约为410 HV_0.1左右。泥沙磨损试验结果表明:碳化物增强梯度覆层表层具有优良的耐磨性,其中以Cr₃C₂增强13M梯度覆层相对耐磨性最优,约为H13钢的1.75倍,约为优化覆层11K的1.9倍;梯度覆层12L的表层耐磨性约为H13的1.48倍。