磨料磨损是制约我国工业企业生产快速发展的重要因素之一。整体制备耐磨材料不仅成本高,而且二次加工困难。采用药芯焊丝堆焊制备耐磨层不仅能提高其耐磨性,而且更为经济有效。Fe-Cr-C药芯焊丝是一种重要的耐磨堆焊材料,因其堆焊合金硬度高、耐磨性好且价格低廉,在低应力磨料磨损工况下应用广泛。为了提高Fe-Cr-C合金的性能,在此合金系基础上分别加入B、Ti、W和N元素,实现多元素复合强化,制备Fe-Cr-C-B、Fe-Cr-C-B-Ti、Fe-Cr-C-B-W和Fe-Cr-C-B-N-Ti自保护耐磨堆焊药芯焊丝。采用明弧堆焊方法在Q235母材金属表面制备相应的堆焊合金,首先研究合金元素对药芯焊丝明弧堆焊工艺性能的影响,并对堆焊层的显微组织、物相组成和性能进行分析,研究堆焊层显微组织、硬度与耐磨性之间的关系,进而对堆焊层的耐磨机理进行探讨。经过研究分析,得到如下结论:（1）在所研究的合金体系中,适量的碳和硼能够稳定焊接电弧,减少焊接飞溅和气孔,保证焊缝成型良好。但是,过量的添加会增加裂纹的敏感性;适量的钛使焊接烟尘、气孔和飞溅减少,保证焊缝成型良好;钨含量的增多会导致焊接烟尘、焊缝表面残渣和裂纹倾向增加;氮含量的增多使焊接电弧稳定性变差,导致气孔和飞溅增多。（2）对于Fe-Cr-C-B堆焊合金而言,合金体系为典型的亚共晶型合金。当碳的含量为1.54%,硼（以硼铁形式加入）的含量为0.81%时,堆焊层中呈鱼骨状和蜂窝状分布的M₃（C,B）最少,呈菊花状和层片状分布的M₂₃（C,B）₆与块状分布的M₇（C,B）₃最多。M₂₃（C,B）₆和M₇（C,B）₃作为耐磨骨架与基体组织结合良好,此时堆焊层的耐磨性最好。（3）对于Fe-Cr-C-B-Ti堆焊合金而言,钛和硼可以改变堆焊层的物相组成。当钛的含量为1.43%,硼的含量为0.84%时,初生Ti C、TiB₂和Ti（C,B）_m硬质相颗粒最多,并呈均匀弥散分布。它们与共晶硬质相骨架在基体组织的支撑作用下,能够有效阻滞磨料的磨削作用,从而提高堆焊层的耐磨性。（4）在Fe-Cr-C-B-W堆焊合金中,没有典型的初生WC硬质相颗粒生成。钨除了部分固溶于初生奥氏体和共晶奥氏体中,其大部分被迁移到晶界生成了比WC稳定性更好的Fe₃W₃C缺碳复合相。随着钨和硼含量的增多,共晶硬质相M₇（C,B）₃、M₃（C,B）和Fe₃W₃C也随之增多,间距减小,呈连续网状均匀分布。当钨的含量为3.47%,硼的含量为0.55%时,堆焊层的耐磨性达到最佳。（5）对于Fe-Cr-C-B-N-Ti堆焊合金而言,在不添加钛时,当氮的含量为0.17%时,堆焊层具有最佳的耐磨性。此时,在堆焊层的初生奥氏体晶粒上有颗粒状BN生成,并且硬质相M₂₃（C,B）₆,M₃（C,B）和M₂B呈均匀分布,而且数量最多。随着钛的加入,堆焊合金组织中有初生硬质相颗粒TiB₂、TiN和TiC生成。同时,随着TiB₂、TiN和TiC的增多,BN逐渐减少并最终消失。当钛的含量为1.03%时,堆焊层获得最佳的耐磨性。（6）制备的四种堆焊合金与母材均形成了冶金结合,而且表面成型良好。对比发现,Fe-Cr-C-B-N-Ti堆焊合金的耐磨性最好,其磨损机制为多次塑性变形和脆性断裂共存。与Fe-Cr-C-B系性能最佳的堆焊合金相比,其硬度提高了4.5HRC,磨损量减少了0.3200g。根据Fe-Cr-C-B-N-Ti堆焊合金磨损过程的特点建立低应力磨料磨损模型,而且该模型能够定性分析堆焊合金的耐磨性。