收稿日期：2001-12-04作者简介：胡亚威（1977-）
，男，江苏徐州人，沈阳工业大学硕士生.文章编号：1000-1646（2002）05-0386-03
胡亚威，印有胜
（沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110023 ）摘要：一般以硬度作为衡量堆焊金属耐磨性的标准，但硬度和耐磨性之间没有简单的对应关系， 堆焊金属的耐磨性受多方面因素的影响.系统地分析了硬度、合金元素和组织等方面对堆焊金属的耐磨性的影响.关
键
词：堆焊金属；耐磨性；硬度；合金元素；组织
中图分类号：T G 455
文献标识码：A
随着我国工业的迅猛发展，对具有高耐磨性的金属材料的需求量很大，但单纯以采用高性能材料的方法成本太高.
于是在材料或零件的表面熔敷上一层耐磨金属就成为一种既简单又经济的方法，通常以硬度作为衡量堆焊金属的耐磨性的标准.
但近年来的研究表明，堆焊金属的耐磨性和硬度有关，但硬度并不是唯一的影响因素，或者说，硬度并不是影响耐磨性的根本原因.堆焊金属的显微组织、合金元素的种类和含量对堆焊金属
的耐磨性都起着重要的作用
［1~6］.
1硬度对耐磨性的影响
堆焊金属的硬度对堆焊金属的耐磨性有重要的影响，但硬度和耐磨性并非是一一对应的关
系
［2，4］，在相当多的条件下，硬度最高的堆焊金属的耐磨性并不是最好的，但硬度最低的堆焊金属的耐磨性相对较差.
磨料磨损的基本原理是：磨料在压力的作用下压入材料的表层，材料因塑性变形产生微犁沟、微切屑和微观断裂（脆性材料），从而引起材料磨损.材料的组织不同，其抵抗压力而产生的塑变不同，因而材料的磨损也不相同.所以在相同的工况条件下，堆焊金属抗磨料磨损的能力不仅取决于堆焊金属的硬度，也取决于堆焊金属的显微组织.
材料的表面硬度越高，抵抗磨粒压入表层的能力越强，磨料去除材料的体积越少，材料的耐磨性越好.
钢的相对耐磨性与宏观硬度可用下式表示E E E 0+b ◜（H -H 0）（1）式中E 为钢的相对耐磨性；
E 0为钢在未经热处理状态下的相对耐磨性；
b ◜
为与钢的化学成分有关的常数；H 为钢的宏观硬度；
H 0为钢在退火状态下的硬度［3］
.
上式可以说明堆焊金属的耐磨性不仅取决于其硬度，化学成分对其耐磨性也起着重要的影响作用.柿子削皮机
水褥子
2显微组织对耐磨性的影响
对于堆焊金属而言，显微组织对其耐磨性产
生重要的影响
［1，3，5］，其中基体组织、硬质相的种类和分布以及内部缺陷等对耐磨性都有不同程度的影响.
2.1基体组织
基体组织对堆焊金属耐磨性的影响如图1所示，堆焊金属若具有奥氏体和贝氏体组织，其耐磨性要优于相同硬度的具有珠光体和马氏体组织的堆焊金属，换句话说，硬度较低的奥氏体和贝氏体组织可以比硬度较高的珠光体和马氏体具有相当的耐磨性能.
图1钢铁材料基体组织与耐磨性的关系
［3］F i g .1R e l a t i o n s h i p b
e t w e e n s t r u c t u r e o
f s t e e l a n dw e a r i n g
r e s i s t a n c e 第24卷第5期2002年1
0月
沈阳工业大学学报
J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y
V o l .24N o .5O c t .2002
分析认为，在磨料磨损的过程中，磨损率与其摩擦力有直接的关系.
一般说来，在磨损的过程中，摩擦力越大，磨损率越高，而摩擦力（F ）是由滑动摩擦力（f s ）、塑性变形力（f e
）和裂纹扩展力（f c
）所组成F E （f s ）+（f e ）+（f c ）（2）如果能提高金属抵抗的能力（其中一种），而又不降低其抵抗另外两种力的能力就可以提高材
料的耐磨性［1］.
从该理论分析，硬度相近的材料，由于基体的组织不同，抵抗三种力的能力不同，从而具有不同的耐磨性.
2.2硬质相的影响
硬质相的种类和分布对耐磨性有很大的影响.合金元素形成的复杂的共晶、金属间化合物等硬质相对基
体有强化作用，从而提高基体的强度和韧性，使基体有较高的抵抗磨粒压入的能力，又使基体在磨粒挤压下，不易产生压痕和断裂，从而提高耐磨性.
基体上弥散分布的多种硬质相在磨损的过程中与磨料接触，可防止磨料直接磨损基
体，提高材料的耐磨性
［4］.
智能识别技术另外，硬质相的种类不同，具有不同的硬度等
性能，对堆焊层金属的耐磨性也有不同的影响.如W ，V 等合金元素和C 形成的硬质相，具有高的硬度，还可以增加基体的红硬性，从而提高其高温
消谐柜耐磨性［8］.
一般说来，堆焊层的硬度较高，韧性较好，硬质相呈弥散分布时，具有较高的耐磨性.
3合金元素对耐磨性的影响
合金元素的种类和数量对耐磨性的影响主要通过影响显微组织及硬质相的多少，从而影响堆焊金属的
耐磨性.
对于各种合金元素，一般随其含量的增加，堆焊层金属的耐磨性也随之增加，但合金元素的含量到达一定程度后，堆焊金属的耐磨性增加缓慢或呈下降的趋势，其原因不尽相同.3.1C r 的影响
当C r 的含量增加时，其堆焊层的耐磨性和高温耐磨性都随之增加，当含量达到20%后，若继续增加，则堆焊层的耐磨性反而下降.原因在于C r 和C 形成C r 7C 3、C r 23C 6硬质相，C r 含量增加，硬质相的数量增加，堆焊层的耐磨性增加.但C r 含量较高
时有生成脆性的 相的倾向，故耐磨性下降［7］.3.2W 和V 的影响
随W 含量的增加，堆焊金属相对耐磨性随之
增加，这是因为一方面W 具有固溶强化的作用，
另一方面还形成了W C 、W 2C 硬质相，从而提高了堆焊金属的耐磨性.但W 的含量过高，对耐磨性的影响不大，这是因为堆焊层中碳的含量有限，使W 不能完全和C 形成硬质相W C 和W 2C ，相反还会使其抗裂性变差，降低耐磨性.一般认为W 的含量以15%~20%为宜.由于V 是强碳化物形成元素，形成的V C （H V 2000~2996
）
是堆焊层中理想的硬质相.且V C 的高温性能稳定，在磨损情况下不易变形和破裂，高温下还具有抑制长晶性能.所以随V 的含量增加，堆焊金属的耐磨性增加.一般认为V
的含量约为2.12%~2.55%为佳［8］
.
3.3B 的影响
在F e -C -B 系耐磨堆焊材料中，当硼的含量低于2.37%时，堆焊金属的耐磨性随硼的含量的增加而缓慢上升，因为形成的含硼渗碳体F e 3（C .B ），F e 23（C .B ）6的硬度不超过H V 1000，故耐磨性上升缓慢.当B 的含量超过2.37%以后，合金中出现高硬度的F e 2B ，随F e 2B 含量的增加，就形成了强大的耐磨骨架，能有效的抵抗高硬度磨粒的切入，故耐磨性急剧上升.但硼的含量超过4.0%以后，
由于脆性和焊接缺陷的增加反而使耐磨性出现下降的趋势［9］.3.4M o 和N b 的影响
堆焊材料加入M o 后，可以细化晶粒，降低回火脆性.N b 具有细化晶粒，提高堆焊层的强度和韧性的作用.同时N b 与C 结合形成硬质相，其硬度高达H V 2400，是理想的硬质相.另外M o 、N b 所形成的硬质相不仅熔点高，而且弥散分布，使堆焊合金的高温强度高，堆焊层脆性小，有利于提高
堆焊层的高温耐磨性［10］.
3.5稀土元素的影响
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在堆焊金属中加入微量的稀土，不仅可以消除杂质，净化堆焊层，而且还可以使堆焊层表面的氧化膜致密，从而提高堆焊金属的耐热性，提高其
高温耐磨性［11，12］.
4结束语
根据目前的研究状况来看，堆焊金属耐磨性主要受堆焊金属的硬度、显微组织以及合金元素的种类和数量等的影响.如果要研制新的高耐磨性的堆焊合金，必须综合考虑这些因素，这样才能使堆焊层金属以最低的成本达到最好的性能.
7
83第5期
胡亚威等：堆焊金属耐磨性影响因素的分析
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83沈阳工业大学学报
第24卷
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