堆焊材料的耐磨性
出处：按学科分类—工业技术 上海科学技术文献出版社《焊接材料选用手册》第202页（2220字）
堆焊是机械制造工业中不可缺少的一种工艺措施。很多金属零部件经过一定时间的服役，由于受到外来物质的机械作用而造成材料不同程度的损伤，堆焊则是修复这种被损件的主要工艺方法。甚至，为了提高零部件的使用寿命，通过堆焊可以在金属材料表面预先熔敷具有特定性能的表层材料，以满足在不同环境下零部件的服役要求。堆焊不仅可以降低零部件的制造成本，还可以做到金属材料的最佳性能组合，如在韧性的基体材料上堆焊硬的金属表层。目前，堆焊已被广泛地用于冶金、矿山、电站、农机、铁路、工程机械、石油化工等行业零部件的制造与修复。
堆焊一般可分为两大类：一为耐磨堆焊，或称硬面堆焊，以提高金属材料表面的耐磨性为目的，另一为耐蚀堆焊，以提高金属材料表面的耐蚀性为目的。本章仅涉及金属材料的耐磨堆焊，即硬面堆焊，而耐蚀堆焊则在不锈钢焊接材料和镍基合金焊接材料中加以阐述。
造成金属材料的磨损基本上有两种类型，即金属间磨损(或金属对金属的磨损)和磨料磨损。金属间磨损为两金属表面之间在外负荷作用下相互滑动或滚动造成的损伤。金属间磨损是常见的一种磨损形式，如轧辊、齿轮的磨损等，而擦伤则是金属间磨损的另一种表现形式，如阀门密封面、阀座与闸板之间的磨损即为此例。磨料磨损是外来的金属或非金属(矿石、沙粒等)磨料粒子对金属表面的磨削而造成的损伤，也是常见的一种磨损形式。
磨料磨损又分为低应力磨料磨损和高应力磨料磨损两种。低应力磨损对金属材料的损伤程度比较小，金属材料仅受到材料的微切削作用，而此作用的严重程度则与磨料的硬度、大小和尖锐度等有关。因此，如果金属材料表面的硬度比较高，能阻挡磨料的进入，磨损率就比较小，反之则大。所以，具有一定硬度的马氏体合金钢一般能用来作为抗冲击和耐低应力磨损的硬面堆焊材料。高应力磨损时，工件表面受到很高的局部压应力，如果此时金属材料的屈服强度比较低，而且表面硬度也不高，那么表面材料就会受到损伤。抵抗低冲击高应力磨料磨损的最好材料是高铬铸铁堆焊材料和碳化钨堆焊材料。但在高冲击和高应力磨料磨损的情况下，有一定韧性并能加工硬化的奥氏体锰钢则是比较好堆焊材料。
综合目前常用的一些堆焊材料来看，应用最广的为以下几种：①马氏体合金钢；②马氏体不锈钢；③奥氏体锰钢；④高铬铸铁；⑤碳化钨材料；⑥钴基合金。此外，还有高速工具钢和镍基合金等。
马氏体合金钢一般用来修补或保护碳钢和合金钢零件，堆焊层有较高的硬度，但随着硬度的增加，韧性下降，能抗冲击并耐中等程度的金属间磨损和低应力磨料磨损。马氏体不锈钢，即12%～14%铬钢，通常在腐蚀较严重的环境下代替马氏体合金钢使用，堆焊层具有较高的高温硬度和屈服强度，同时还有较好的抗热疲劳性能，适用于在金属对金属磨损的条件下工作。但马氏体不锈钢堆焊层随着硬度的提高，韧性同样成比例地降低。马氏体合金钢和马氏体不锈钢适用于既有中等程度磨损，又有冲击的场合，而且上述材料因强度和韧性都比较好，故又可作为高铬铸铁和碳化钨堆焊层的过渡层材料。奥氏体锰钢在堆焊状态硬度比较低，但在加工硬化后硬度迅速上升。奥氏体锰钢具有较高的强度，在锰钢中添加铬可进一步提高强度，但促使生成脆性碳化物，而加入镍和钼则可抑制脆性碳化物的形成，一般用于14%锰钢的修补和修复工作。
高铬铸铁适用于低冲击强磨料磨损的场合，除了碳(2%～6%)和铬(10%～35%)外，一般还添加钼、锰和硅等合金元素。在高铬铸铁中，作为耐磨损最重要的金相组织是高铬碳化物，其周围的基体可以是奥氏体组织，也可以是马氏体组织。当基体为马氏体时，有利于耐高应力磨料磨损。在高碳高铬的情况下，有利于形成粗大的六角形截面的过共晶针状碳化物颗粒，具有较高的耐磨料磨损性能。
碳化钨堆焊材料的特点在于碳化钨不是熔入堆焊层，而是以其颗粒的形式直接从焊接材料进入堆焊层，所以碳化钨颗粒的大小、形状和体积比可通过堆焊材料的制作加以控制。如果确定了在磨料磨损过程中颗粒大小、形状、体积比与磨损状况之间的关系，就可选用最佳配比来获得预期效果。
碳化钨材料通常包在碳钢管中制成管状焊条或管状焊丝。碳化钨颗粒与碳钢管的重量比通常为60：40，也可以较低。此外，也可以将碳化钨涂于焊条外面，用于手工电弧焊，或做成药芯焊丝形式。
碳化钨有较高的耐磨料磨损性能，但抗冲击强度较低，主要用于严重磨料磨损的场合，如工程建设中的挖掘机、铲齿等。
钴基合金系Co－Cr－W合金或Co－Cr－Mo合金。钨与钼在钴基合金中的作用是增加基体强度，而铬则生成富铬的碳化物如M7C和M23C6。铬为基体提供了较高的硬度以及较好的耐腐蚀性和抗氧化性能。
钴基合金适合于中等磨料磨损和金属对金属磨损的场合下使用，而且也是抗擦伤和耐气蚀的理想材料。