磨煤辊是煤粉制备的重要设备,其耐磨性受到广泛关注。采用药芯焊丝明弧自保护堆焊修复或制造磨煤辊已成为一种经济且可靠的提高磨煤辊使用寿命的方法。本文以铁基高铬明弧堆焊合金为研究对象,通过调节药芯焊丝成分,试图研制能满足磨煤辊堆焊实际应用要求的自保护耐磨堆焊药芯焊丝。采用药芯焊丝自保护明弧焊方法在Q235A基体上制备堆焊合金,借助光学显微镜、扫描电子显微镜及其附属电子能谱仪、X射线衍射仪,观察分析其显微组织,并通过宏观硬度测试和湿砂磨粒磨损试验研究其性能。首先,研究了不同碳含量的过共晶高铬明弧堆焊合金的显微组织及性能,结果表明,高铬明弧堆焊合金组织由初生碳化物M7C3和共晶基体组成,随着合金中碳含量的增加,初生碳化物M7C3数量增多,尺寸变大,组织中碳化物体积分数显著增加,基体数量减少,共晶碳化物连续性增强对基体割裂作用加剧,致使合金韧性降低。碳含量对高铬明弧堆焊合金硬度及耐磨性影响显著,随着碳含量的增加,硬度升高,耐磨性反而下降。当碳含量较高时,微观剥落成为高铬堆焊合金耐磨性下降的主要原因,提高高铬堆焊合金的耐磨性应当注重其韧性的改善。其次,分别向药芯焊丝中加入不同含量的硼铁、钒铁、钨铁、钛铁和铌铁,研究了合金元素硼、钨、钒、钛和铌对高铬明弧堆焊合金组织和性能的影响。结果表明:硼能使共晶点左移,促进初生碳化物M7C3的生成,且组织中生成高硬度的硼化物或碳硼化合物,显著提高堆焊合金硬度,但过多的硼使合金脆性增加,耐磨性下降;钒对碳原子具有团聚效应,可改变熔体碳浓度分布,增加初生M7C3相体积分数,抑制脆性组织生成,适量V具有显著改善明弧堆焊合金耐磨性的作用;钨能使高铬合金共晶点左移,增加初生碳化物M7C3体积分数,减少共晶碳化物的数量,使基体组织中奥氏体增加,有利于合金韧性的提高;钛的加入使熔体优先析出TiC,TiC充当初生M7C3和γ-Fe的异质形核核心,提高它们的形核率,起到细化初生相和基体组织的作用,有利于合金韧性的提高,但过多的钛会使剩余熔体贫碳,反而抑制初生M7C3的生成;高铬合金中的铌全部以NbC的形式存在,NbC弥散分布,可以细化晶粒,增加合金韧性,对提高堆焊合金硬度和耐磨性有利。