目前,ZTA（ZrO2Toughen Al2O3）颗粒增强高铬铸铁基复合材料广泛应用于磨煤机磨辊及磨盘,立磨磨辊等粉磨领域中。虽然这种复合材料耐磨性较好,但由其制备的工件均属于一次性使用产品。由于磨损过程的不均匀性,通常在主要研磨区复合材料部分磨损失效时就更换新的工件,但非主要研磨区仍有大量复合材料存在,就此一次性报废会造成极大的浪费,不利于资源节约与可持续发展。因此,研究ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的堆焊工艺具有重要意义。本文首先采用正交试验法对高铬铸铁的堆焊工艺进行了研究,利用优化出的焊接工艺在ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料上进行了焊接层间温度与焊接热源距离的优化。首先借助交点法、截线法以及软件辅助等手段对熔敷金属的应力释放裂纹及显微组织进行观察分析,探索得到最优的高铬铸铁焊接工艺。然后利用优化后的焊接工艺在ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料上探索层间温度及热源距离对复合材料显微组织及界面的影响。利用体式显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪等设备对焊后复合材料的界面结构、显微组织及成分分布进行观察分析,得到最优的层间温度与热源距离。结果表明,焊接电流、焊接速度、层间温度的变化均会对熔敷金属显微组织及应力释放裂纹产生显著的影响,三者之间需要良好的匹配才能够获得组织性能优良的熔敷层。通过正交试验,得到优良的熔敷层组织与性能的基本焊接工艺参数为:焊接电流310-330A,焊接速度900mm/min,层间温度小于100℃。在以上工艺条件下得到的熔敷金属组织碳化物体积分数最高、硬度最高、应力释放裂纹分布最均匀。采用不同的层间温度对ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料进行堆焊时,随着层间温度的升高,ZTA颗粒与高铬铸铁之间的界面逐渐恶化,层间温度越高,界面处产生的ZTA颗粒断裂、高铬铸铁的断裂剥落等缺陷越多。当界面结合强度较差时,容易在界面处萌生新的裂纹,导致材料失效。在热源距离10mm条件下,层间温度为30℃时进行堆焊,未见焊接对复合区界面产生明显影响。利用前述优化的焊接工艺,采用不同的热源距离对ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料进行堆焊时,随着热源距离的增加,ZTA颗粒与高铬铸铁之间的界面受到的影响越来越小。在热源距离为0mm时,焊道无法成型,造成ZTA颗粒熔解、剥落。出现ZTA颗粒断裂及剥落的主要是因为在焊接热源的影响下发生体积收缩与膨胀,但超出材料本身的断裂韧性,故产生了裂纹及剥落坑等缺陷。在热源距离为4mm时出现ZTA颗粒与高铬铸铁界面剥离的情况,部分ZTA颗粒呈现块状剥落;在热源距离为8mm和10mm时未见对复合材料区产生明显影响,ZTA颗粒与高铬铸铁基体结合紧密,能够有效抵抗裂纹在界面处的扩展。因此,在层间温度为30℃时,热源距离为8mm条件下适用于复合材料堆焊。