合金元素对高铬铸铁堆焊组织有着很大的影响。这些合金元素主要是通过影响碳 化物的形成来影响组织形貌的。这些元素主要有碳、铬、硅、硼、铌和稀土元素等。 其中碳元素对堆焊组织有着最为重大的影响，它直接决定着堆焊合金中碳化物的体积 分数[10,11]。碳化物的含量以及分布情况对耐磨、耐热性能有着重要的影响。有研究表 明，当碳化物的质量分数一定时，随着碳铬比增大，堆焊金属的耐磨性得到提高。铬 的加入，可以是增加堆焊层的淬透性。当铬的含量增加到一定数值时，碳化物的种类 会发生变化。由 Fe-Cr-C 的三元相图，可以知道当铬含量达到 12％时，共晶碳化物从

M3C 型转变为为 M7C3 型。

图 1-1 高铬铸铁堆焊显微组织示意图

其他的微量元素同样对堆焊后的组织有着重要的影响，比如硅元素。要严格地控 制硅元素的添加量，通常加入量要小于 1％。如果加入的硅元素较多，则会促进珠光 体的形成。通常情况下，为了避免硅的含量过高生成珠光体组织，常加入镍元素于合 金粉中。硅含量对碳化物影响的研究还不完善。目前主要有两个观点：Shen 的研究 表明，硅元素对共晶碳化物的形核有很大影响，硅含量越高则碳化物的量越多[12]。想 反，Laird 等人提出了另一种观点：硅含量越高，碳化物的形核几率就越少[13]。所以 硅元素对碳化物的形成机理还存在一定的争议，需要进一步的探索。钛和铌是形成耐 磨组织的重要合金元素。在高铬铸铁中添加钛和铌元素，可以限制地改善碳化物的形 貌，提高堆焊层的耐磨性。在药粉中加入钛和铌，一方面他们本身与碳结合形成的碳 化物为硬质颗粒增加了耐磨性。另一方面，这中碳化物细小弥散可以作为 M7C3 型碳 化物的形核质点，又增加了堆焊组织的耐磨性。此外，钛和铌也有细化 M7C3 型碳化 物的作用。稀土元素也是药粉中的重要元素，对堆焊组织和夹杂物有着很大的影响。 我们知道稀土元素有很强的脱氧、脱硫的作用。在焊接的过程中，熔池中的稀土元素 对熔池反应和接下来的凝固过程有着很大的影响。稀土元素不仅能细化晶粒，还能减 少焊缝中 S、P 等元素，很好地改善了堆焊层的力学性能。此外稀土元素与 O 和 S 等 元素结合，可以生成一些细小的非金属夹杂物。这些夹杂物可以作为 Cr7C3 的形核质 点，促进了 Cr7C3 的形核和细化，进一步提高了 Fe-Cr-C 合金的显微组织的耐磨性[14,15]。 1。2 夹杂物分析技术

1。2。1 金相法

金相法研究夹杂物是最为普通的研究方法。一般来说，切取后的试样后经过镶嵌、

打磨、抛光、腐蚀等步骤后放在金相显微镜下观察。如果试样制备良好，能够在金相 显微镜先明显地观察到夹杂物。可以对夹杂物的大小、数量和形貌进行分析[16]。。金 相法有原位的优点，能够把夹杂物的位置和大小简单直观地表现出来。由于金相制作 工艺简单，所以用金相法研究夹杂物得到广泛地应用。但是金相法也有显著的弊端， 那就是观察到的夹杂物只是一个截面的形状，不能立体直观地表现出夹杂物的形貌。 此外，还有最重要的一点是要在打磨的表面暴露出夹杂物。此外当夹杂物数量较小时， 可能就观察不到夹杂物。

用金相显微镜观察夹杂物有一些使用技巧。首先要在明视场下观察夹杂物的颜 色、分布、大小；然后在暗示场下观察夹杂物的透明度和固有色彩；最后在正交偏振 光下观察夹杂物的光学特性[17]。随后拍摄金相，然后根据统计学的知识进行分析。最 后根据夹杂物的数量统计和形态分析，对夹杂物进行评级。金相法鉴定原理是根据观 察到的夹杂物的分布、形貌情况及其夹杂物在上述三个视场中的光学特征来判断夹杂 物的种类。常见金属夹杂物的光学特征见表 1-1。对于不容易观察到夹杂物的使用， 可以进行腐蚀。考虑到腐蚀对夹杂物有破坏作用，不提倡这种方法。其中用金相法鉴 定非金属夹杂物的步骤见表 1-2 。