1. 研究目的与意义（文献综述）

堆焊是通过焊接热源把合金材料熔敷到机械零件表面，从而具有修复和强化的一种焊接方法^[1]。制造撕碎机刀片材质一般为9sicr、cr12mov，其中9sicr为合金工具钢，此种材质刀具硬度高，耐磨性较好，但是脆性较大，适用于橡胶、纤维、纸张等材质较软的废料，cr12mov为冷作模具钢，具有耐磨性强、抗冲击性强，适合撕碎木材、废旧家具、硬度高的塑料等^[2]。机械零件长期运行过程中产生失效的主要原因是磨损。撕解机刀片等中高碳钢零部件是工业生产的关键部件，其材质的好坏直接影响着产品的数量、质量和生产效率。在连续的破碎过程中，刀片的摩擦很严重，当撕解机破碎物料时，刀片与物料之间的摩擦产生热量，使刀片温度升高，磨损更加严重。撕解机刀片是撕解机中的主要消耗部件，采用合适的材料对刀片进行堆焊修复，是提高撕解机刀片使用寿命，是减少成本的一个重要手段。

实验证明，利用大量的碳与适量的合金元素铬、钛、钼、钨、钒、铌等，可形成硬度高、耐磨性好的耐磨材料^[3]。随着国内外撕解机制造技术的发展，刀片材质发展的一个明显趋势是合金元素的使用以及合金化程度的不断提高。撕解机刀片等中高碳钢零部件使用的材质正向高cr、高w等合金化方向发展^[4]。早期的堆焊从1904-1914年在前苏联开始，用手工电弧焊进行。刘政军^[5]等对cr-b-w-v系铁基高温耐磨堆焊合金的优化设计；龚建勋^[6]等对fe-c-cr-v-b系高铬堆焊合金的显微组织及耐磨性的研究；徐冰强^[7]对碳化钨应用于强力磨料磨损件的堆焊研究；李春^[8]等对atox50磨机磨盘进行堆焊修复；郝建军^[9]等采用反应电火花堆焊修复齿轮轴。耐磨堆焊修复技术不仅在国内有较多的研究及应用，在国外的应用及研究也已经报道很多。s.selvi^[10]等利用手工电弧焊对气门座圈进行了堆焊修复，为了找到耐磨性、腐蚀性好以及寿命长且经济的堆焊合金，对比了三种焊条修复后的组织性能情况，认为c和cr 元素是影响耐磨性、硬度以及显微组织的主要元素，并且发现热处理后导致硬度下降。z.horvat^[11]等采用堆焊方法对犁体进行再制造，并和传统的制造方法进行了对比，结果表明采用堆焊再制造的方法节省了资金并提高了犁体的使用寿命。j.m.-amado^[12]采用激光熔敷的方法研究了碳化钨堆焊合金在采矿工业中的应用，并对不同堆焊合金粉末熔敷后的组织及硬度进行了分析。

氮资源丰富而廉价，并且普遍应用于钢铁生产和热处理中，且在奥氏体不锈钢中能替代昂贵的镍而保持奥氏体相的稳定性^{[13] [14]}。充分利用氮强化原理，在堆焊合金材料中引入适量的氮，替代其中的一部分碳，铁、钛、钒和锆等元素与氮形成稳定的氮化物、碳氮化物，氮化物硬度高，稳定性好，既可弥补碳含量减少所造成的焊层硬度的降低，又能在堆焊合金中获得具有较高强度、抗磨损等优异性能，可成为提高堆焊合综合性能的新途径^[15]。国外对钢在焊接中的氮化处理研究比较早，技术也比较成熟，其研究成果已应用到生产实践中。而我国氮合金化材料的研究处于起步阶段，在合金钢中用n代替一部分c，通过氮合金化来增强基体的硬度、强度、耐磨性等综合性能还没有取得突破性进展，与国外的研究还有一定的距离^[16]。

2. 研究的基本内容与方案

撕解机等中高碳钢零部件是冶金工业中使用的重要零部件，其使用一段时间后，因热疲劳和过度磨损而报废，报废的中高碳钢零部件可以采用堆焊的方式修复以恢复其尺寸及性能。耐磨焊条具有优异的耐磨耐蚀性能，在冶金矿山、水泥机械、电力化工、疏浚装备、食品加工机械等领域有广泛用途。本课题选择c、cr含量高的2号耐磨焊条为研究对象，研究低碳钢板基体堆焊金属的材料成分、组织及耐磨性能，分析比较不同堆焊层条件下的焊缝成形性、堆焊层的硬度分布梯度，利用jmatpro模拟分析熔覆金属的组织与合金相等，为堆焊熔覆金属的成分优化设计、具有良好焊缝成形和较强抗冲击磨损性能的高c、cr耐磨焊条制备提供技术参考。以满足硬质物料冲击破碎等特殊工况下耐磨堆焊材料的制造使用要求。论文研究主要内容：

(1)文献调研，了解国内外相关研究概况及发展。

(2)了解高c、高cr焊条堆焊熔覆金属的焊接工艺、堆焊层材料性能特点，制定手弧焊的堆焊试验方案；学习并熟练掌握jmatpro材料性能模拟软件的使用方法。^[17]

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需软件，熟练掌握jmatpro材料性能模拟软件的使用方法。确定研究方案，完成开题报告；

第4-5周：按设计方案，制备耐磨焊条堆焊样品及金相样品；光学金相观察，epma覆层及物相成分测试，显微结构分析；模拟分析堆焊层的合金相、组织及性能。

第6-9周：堆焊层（梯度）硬度及耐磨性测试；模拟不同cr/c比（及辅加合金元素）对2#堆焊焊条熔覆金属材料成分组织与抗冲击磨损性能的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[2] 郑文虎.刀具材料和刀具的选用[m].北京：国防工业出版社,2012.

[3] 王清宝,王智慧,李世敏. fe-cr-c系高碳耐磨堆焊合金组织及性能[j]. 焊接学报,2004.12(6):120-123

[4] 韩超. 铬、钨对中高碳钢堆焊金属组织与性能的影响[d].燕山大学,2009.