采用手工电弧焊在 ４５ 钢上堆焊一种耐磨铁基堆焊合金。借助光学显微镜、扫描电镜、Ｘ 射线衍射 仪及材料试验机研究了堆焊铁基合金的组织和性能。结果表明，焊态耐磨铁基合金中存在高合金 马氏体，其硬度为 ４２．７ ＨＲＣ，经 ５００ ℃保温 ２ ｈ 后，堆焊合金的硬度为 ４４．５ ＨＲＣ，耐磨性有所提高。


（１）Ｑ５５０ 高强钢焊接接头断面裂纹产生于靠 近熔合区的半熔化区，平行熔化边界线扩展，部分裂 纹越过熔合区向焊缝扩展。随焊丝强度的增加，裂 纹率增大。在强度允许的范围内，尽量选择低强匹 配的焊接材料，保证焊接接头有一定的韧性。
（２）采用 ＥＲ５０６ 焊丝进行焊接得到焊缝组织 为先共析铁素体、针状铁素体、珠光体和粒状贝氏 体，ＭＫ·Ｇ６０ 焊丝的焊缝显微组织主要为贝氏体和 大量的针状铁素体。
（３）采用 ＥＲ５０６ 焊丝的焊接接头熔合区断口 形貌，有大量韧窝存在，表现为明显的韧性断裂特 征。ＭＫ·Ｇ６０ 接头熔合区断口形貌主要呈山谷状， 有着脆性断口中准解理断口的特征，存在很多撕裂 棱，表现为明显的脆性断裂特征。

磨损失效是除尘管道常见的一种破坏形式，主 要发生在管道的弯头、三通等异形构件处。磨损会 造成除尘系统漏风，影响除尘效果，甚至带来不安全 隐患。因此，提高除尘管道的抗磨损性能已引起相 关研究者的重视。目前，提高除尘管道耐磨损性的 一种常用方法是在弯头外侧镶有可以更换的耐磨材 料衬里［１］ ，但采用该方法成本较高，且检修较麻烦。 采用堆焊的技术将耐磨材料堆焊熔敷在工件表面来 改善耐磨性是一种经济有效的方法，已在矿山、机 械、冶金、水泥及电力等工业部门的零件修复中得到 广泛的应用［２４］ 。因此，本文采用手工电弧焊法在 ４５ 钢基体上堆焊一种耐磨铁基堆焊合金，并探讨了 该堆焊合金的显微组织及性能。



试验选用的焊材为一种新配制的耐磨铁基堆焊 焊条，焊条直径为 ４ ｍｍ，堆焊基体材料为 ４０ ｍｍ × ４０ ｍｍ ×８ ｍｍ 的 ４５ 钢板。用 ＺＸ５２５０ 型直流电焊 机，在 ４５ 钢上堆焊成厚度约为 ５ ｍｍ 堆焊合金层， 其化 学 成 分 （质 量 分 数，％）为 ０．２２Ｃ，４．６７Ｃｒ， ０．３８Ｓｉ，１．６５Ｍｎ，５．３９Ｗ，０．５５Ｖ，０．３２ 其它。用线切 割将堆焊件加工成尺寸为 １０ ｍｍ ×１０ ｍｍ ×１０ ｍｍ 堆焊样品，其中堆焊合金层约 ４ ｍｍ，取一部分堆焊 样品在 ＳＸ４１０ 箱式电阻炉中分别进行 ２００ ℃、 ３００ ℃、４００ ℃、５００ ℃、６００ ℃、７００ ℃保温 ２ ｈ 的回 火处理后，用 ＨＲ１５０Ａ 洛氏硬度计和 ＦＭＡＲＳ９０００ 显微硬度计分别测试回火处理前后堆焊合金的宏观 和微区硬度。磨损试验在 ＭＰＷ 万能磨抛机上进 行，外加载荷为 １．０ ｋｇ，磨料为 ３２０＃砂纸，行程为 ２５０ ｍ。用 ＥＳＪ２０５４ 光电子天平（精度 ０．１ ｍｇ）测 量样品的磨损失重量。上述试验结果均取 ３ 次测试结果的平均值。用 Ａｘｉｏｖｅｒｔ２００ＭＡＴ 型光学显微镜、 Ｄ／ｍａｘｒＢ 型 Ｘ 射线衍射仪（带石墨单色器，Ｃｕｋａ 辐 射）和 ＫＹＫＹ２８００ 扫描电镜（配能谱仪 ＥＤＳ）对堆 焊合金的显微组织进行分析。

图 １ 为耐磨铁基堆焊合金的显微组织。图 １ （ａ）可以看出，焊态堆焊合金组织由白色区和黑色 区组成。显微硬度测试结果显示，白色区和黑色区 的硬度分别约为 ５４８ ＨＶ 和 ４９１ ＨＶ。ＥＤＳ 能谱结果 发现，白色区和黑色区的主要成分是 Ｆｅ 元素，且白 色区中的 Ｃｒ、Ｗ和 Ｖ 元素的含量均高于黑色基体中 Ｃｒ、Ｗ和 Ｖ 元素的含量。经 ５００ ℃保温 ２ ｈ 回火后 白色区数量明显减少，见图 １（ｂ）。图 ２ 表明，焊态 堆焊合 金 组 织 主 要 为 马 氏 体 和 残 留 奥 氏 体，经 ５００ ℃保温 ２ ｈ 处理后，堆焊合金组织中残留奥氏 体消失，堆焊合金的硬度值为 ４４．５ ＨＲＣ。由上述结 果可推断，焊态堆焊合金组织中白色区为高合金马 氏体，而低合金马氏体主要存在黑色区中，经 ５００ ℃ 保温 ２ ｈ 回火后，堆焊合金组织中存在回火马氏体。 这是由于该堆焊合金中含有较高的 Ｗ、Ｃｒ、Ｖ 合金元 素，这些合金元素与碳原子具有较强的亲和力［５］ ， 阻止了碳从马氏体中析出，同时也能增加 Ｆｅ 原子自 扩散激活能，因而使马氏体的分解温度升高，提高了 堆焊合金的回火稳定性。



图 ３ 为耐磨铁基堆焊合金的硬度与回火温度的 关系曲线。可以看出，回火温度低于 ４００ ℃时，堆焊 合金的硬度值变化不大，当回火温度升至 ５００ ℃时， 硬度值略有升高，然后随回火温度的升高，硬度呈下降的趋势。由测试结果可知，当回火温度为 ５００ ℃ 时，堆焊合金的硬度值为 ４４．５ ＨＲＣ，较焊态堆焊合 金的硬度（４２．７ ＨＲＣ）提高了 ４．２２％。由堆焊合金的 耐磨性测试结果显示，５００ ℃保温 ２ ｈ 回火处理前后 堆焊合金的磨损失重分别为 ３８．５９ ｍｇ 和 ３４．９７ ｍｇ， 表明 ５００ ℃保温 ２ ｈ 回火处理后堆焊合金的耐磨性 有所提高。其原因主要是该堆焊合金在 ５００ ℃保温２ ｈ 回火过程中，从高合金马氏体中析出合金碳化 物，形成沉淀硬化效应［６］ ，同时残留奥氏体转变为 马氏体，使堆焊合金的硬度和耐磨性升高。随回火 温度进一步升高，马氏体分解，析出的合金碳化物聚 集长大，导致堆焊合金的硬度降低。从 ＸＲＤ 衍射图 谱（图 ２）中并未显示出焊态堆焊合金经 ５００ ℃保温 ２ ｈ 回火处理后存在合金碳化物的衍射峰，这可能 与 ＸＲＤ 衍射仪的精度及析出的合金碳化物数量较 少的缘故。综上所述，该堆焊合金具有较高的硬度 和良好的耐磨性能，以及较高的回火稳定性，可断定 该堆焊合金有望在修复除尘管道等方面得到应用。

（１）焊态耐磨铁基堆焊合金组织中存在高合金 马氏体，该堆焊合金具有较高的硬度和良好的耐磨 性能及较高的回火稳定性。

（２）焊态堆焊合金的硬度为４２．７ ＨＲＣ，经５００ ℃ 保温 ２ ｈ 回火后，堆焊合金的硬度为 ４４．５ ＨＲＣ，提 高了４．２２％，耐磨性能也有所提高。