水泥工业作为我国国民经济的基础,在国际竞争中具有劳动力、资源、技术等综合优势,有着良好的发展前景。在水泥生产过程中,辊压机是重要机械设备,其核心部件为挤压辊。水泥挤压辊主要失效形式为疲劳磨损,当堆焊合金与辊体母材的结合性能较差时容易产生堆焊合金剥离脱落,导致疲劳磨损失效。因此,研究堆焊合金与辊体母材的结合性能是必要的。采用三种挤压辊堆焊用市售药芯焊丝和多种自制改变高碳铬铁或石墨添加量的自保护Fe-C-Cr-Nb药芯堆焊焊丝,在45钢母材表面制备了各种堆焊合金。在试验研究堆焊合金成分、微观组织、硬度及耐磨性的基础上,以结合强度作为结合性能的测试指标,设计了新型提拉试验法,测试了堆焊合金与45钢母材的结合强度,并原位观察了断裂位置,分析总结了断裂机理。采用Jmatpro组织性能模拟分析软件,计算了提拉试样各区域力学性能,结合有限元分析方法,对试样进行受力分析。为改善堆焊合金的使用性能提供了必要的理论依据和试验数据。本文主要研究结果如下:（1）研究了市售堆焊合金成分、微观组织和耐磨性,市售堆焊合金的耐磨性与微观组织有关,耐磨性与表面硬度变化趋势一致,含铌合金钢和过共晶高铬合金铸铁的硬度相差较小,耐磨性接近。采用推离试验法测试市售堆焊合金与45钢母材的结合强度,奥氏体钢、含铌合金钢及过共晶高铬合金铸铁堆焊合金与45钢母材的结合强度依次为316MPa、241MPa和60MPa。结合强度与熔合区附近的成分和微观组织有直接关系,由堆焊合金底部、熔合区和HAZ过热区的组织决定。（2）提出了可用于测试电弧堆焊层间及堆焊合金与钢母材结合性能的新型提拉试验法及试样。该方法可以对提拉试样进行原位观察分析,确定断裂过程、断裂性质和断裂机理,得到冶金因素与工艺因素对堆焊合金与母材金属结合性能的影响规律。采用提拉试验法测试了三种市售堆焊合金与45钢母材的结合强度依次为549MPa、314MPa和170MPa;含铌合金钢及过共晶高铬合金铸铁堆焊合金与过渡层（奥氏体钢）堆焊合金结合强度依次为351MPa和233MPa。三种市售堆焊合金与45钢母材结合断裂机理不同,奥氏体钢在提拉试样两侧熔合区萌生裂纹,中间在堆焊合金底部断裂,形成熔合区+堆焊合金底部混合断裂;含铌合金钢在提拉试样两侧堆焊合金底部萌生裂纹并向内部扩展,出现二次裂纹,断裂沿几个方向同时发生,二次裂纹延伸进入熔合区和HAZ,最后形成HAZ+熔合区+堆焊合金底部混合断裂;过共晶高铬合金铸铁在提拉试样两侧熔合区萌生裂纹,裂纹沿奥氏体层和亚共晶组织界面延伸,衔接后整体断裂,形成熔合区断裂。（3）研究了高碳铬铁在药芯堆焊焊丝中添加量对Fe-C-Cr-Nb堆焊合金的成分、微观组织与耐磨性的影响规律。随高碳铬铁添加量的增加,堆焊合金中C、Cr含量逐渐增加,析出NbC颗粒数量增加,尺寸逐渐变大。NbC为原位合成,马氏体+残余奥氏体混合组织减少,奥氏体逐渐增加。高碳铬铁的添加显著提高了堆焊合金的耐磨性,添加量为5%时,堆焊合金的耐磨性最好,堆焊合金上部平均显微硬度为850HV_0.2,耐磨性可达45钢基体的5.7倍。采用提拉试验法测试了不同C、Cr含量堆焊合金与45钢母材的结合强度,分析了熔合区微观组织变化对结合强度的影响。堆焊合金底部C、Cr等元素含量较低时,马氏体+残余奥氏体混合组织性能较好,NbC较小,割裂作用不大。裂纹萌生后,向堆焊合金底部扩展受阻,转向熔合区与过热区界面,结合强度较高（381MPa）;随着高碳铬铁添加量增加,堆焊合金底部C、Cr元素含量升高,形成具有较强割裂作用的大尺寸NbC,裂纹萌生后向堆焊合金底部扩展,结合强度逐渐降低（320MPa-267MPa）;堆焊合金底部C、Cr元素含量更高时,NbC尺寸也较大,但独立奥氏体使得堆焊合金底部塑性韧性提高,止裂能力好,使裂纹在萌生后向堆焊合金底部扩展受阻,转向熔合区和过热区扩展,结合强度提高（418MPa）。整体上看,结合强度呈U型变化。（4）研究了不同C含量对Fe-C-Cr-Nb堆焊合金的成分、微观组织与耐磨性的影响规律。不同石墨添加量药芯焊丝制备的堆焊合金,C含量逐渐增加,析出更多的NbC颗粒,其尺寸从0.1-1μm增加到0.5-5μm。耐磨性与微观组织和NbC颗粒尺寸相关,耐磨性与表面硬度变化趋势一致;当石墨添加量为3%时,钢基体由马氏体和残余奥氏体组成,堆焊合金宏观洛氏硬度为61.8HRC,耐磨性也最高。采用提拉试验法测试了不同C含量堆焊合金与45钢母材的结合强度,结合强度先降低后增加,整体上也呈U型变化。（5）根据堆焊合金与45钢母材界面区域的相变条件,采用Jmatpro组织性能模拟分析软件,计算了提拉试样各区域的力学性能,结合有限元分析方法,可以判断提拉试样断裂为具有微小变形的脆性断裂,材料处于弹性范围内;发生失效区域在熔合区附近的堆焊合金底部,这与实际测量结果相吻合。