随着工业现代化进程的迅速发展,在恶劣工况下服役的机械零部件使用寿命受到了越来越多的关注,对零部件表面的性能提出了更高的要求。堆焊技术是表面工程技术中的关键技术之一,利用该技术对零部件进行表面再制造或表面强化,不仅可以恢复失效零部件的形状和尺寸,还可以使零部件表面获得更加优异的耐磨、耐热和耐腐蚀等性能。随着堆焊技术的迅速发展,适用于不同领域的堆焊材料也随之迅猛发展。其中,由于药芯焊丝制备的耐磨零件熔敷率高且具有良好的经济性和可靠性,在现代工业生产中的应用已非常广泛。本文以过共晶Fe-Cr-C堆焊合金为研究对象,自行研发了过共晶Fe-Cr-C-Ti药芯焊丝,通过优化焊丝的化学成分,利用堆焊技术制备了不同N含量的过共晶Fe-Cr-C-Ti系堆焊合金。采用X射线荧光光谱仪和碳硫分析仪测定堆焊合金中各元素含量;再以测得的元素含量为依据,采用Thermo-Calc软件计算得到堆焊合金在凝固过程中的相析出规律。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电镜等对不同成分的堆焊合金组织进行观察。采用硬度计测定堆焊层合金的宏观硬度;采用砂带式摩擦磨损试验机对堆焊层合金的耐磨性能进行测定。在此基础上,采用第一性原理方法计算堆焊合金中初生M₇C₃碳化物与凝固过程中的析出相TiN之间的界面行为,分析TiN对初生M₇C₃碳化物的细化机制。在过共晶Fe-Cr-C-Ti系堆焊合金中添加元素N后,堆焊合金中的相由初生M₇C₃碳化物、γ-Fe和Ti（C,N）组成。在合金凝固过程中Ti（C,N）相先于初生M₇C₃碳化物析出,堆焊合金组织中的初生M₇C₃碳化物随着N含量的增加被细化。观察堆焊合金层的显微组织可以发现,元素N在合金内均有分布,主要以Ti（C,N）的形式存在,并且Ti（C,N）在初生M₇C₃碳化物的内部和边缘位置形成。随着N含量的增加,堆焊合金层的宏观硬度稍有降低,但合金的耐磨性反而增加。因此,初生M₇C₃碳化物细化是合金耐磨性提高的主要因素。第一性原理计算结果表明,TiN和M₇C₃碳化物之间的成键均为共价、金属和离子的混合键,搭建TiN/Fe₃Cr₄C₃界面时需要9层原子的TiN表面构型和17层原子的Fe₃Cr₄C₃表面模型。通过对不同的TiN（111）/Fe₃Cr₄C₃（0001）界面之间的电子结构及其成键特性等的计算,发现不同原子之间的成键较强,界面表现出较好的稳定性,从而为TiN成为初生M₇C₃碳化物异质形核核心提供了理论基础。