在铁基碳化钛合金中,TiC颗粒呈现出不尖锐的圆形或弧形。对合金表面进行打磨抛光,合金的摩擦力较小,可以实现自润滑,同时TiC硬度极高,综合考虑其有较好的抗磨损性能[15]。向合金中添加铌可以略微提高金属的表面硬度,同时可以改变组织晶粒,使之细化,所以使得金属的韧性指标上升。抗裂能力提高时,还有效支撑了硬质相。故而硬质相与基体的优良配合可以阻碍磨砺切削现象的产生,提高了合金的抗磨损性能。向金属中添加硼,硼可固溶于碳化物,生成坚硬的硼化物,也可与碳化物中的碳元素发生置换反应,最终生成复合硼碳化合物,也可以生成过共晶碳化物,使得金属硬度值得到提高,硬质相进一步增长,使得合金更加坚硬[12]。向金属中添加钒,将会生成钒基碳化物,生成硬度较高的粒子,均匀分散在合金中,可以称为弥散强化或者沉淀强化。
强化堆焊合金可以采用合金强化或者采用工艺强化。合金强化大多是向堆焊层加入一定量的某种合金元素,与碳元素结合,最终生成碳化物硬质相;发生包括上文提到的固溶强化、弥散强化和析出强化和晶界强化[16]。
与稀土元素的结果不尽相同的是,一些能够形成强碳化物的元素,如V,Ti和Nb不仅可以使合金组织细化,而且会强化原有基体组织。Jiang等人[17]发现V含量逐步增加,堆焊合金的组织逐渐从奥氏体逐步转变为奥氏体和马氏体的混合结构,逐步增加熔敷金属中的钒含量到4。1%时,组织转变为彻底的马氏体结构。而且会球化先析M7C3碳化物,并且基体中同时会弥散析出二次碳化物。故此提出V能使得铁基铁堆焊合金的硬度以及耐磨性得到提高。
因为钒钛碳化物硬度极高(TiC:3200HV,VC:2800HV),在高温条件下保持稳定,Wang等人利用原位生成(Ti,V)C碳化物强化铁基堆焊层。Wu等人[18]认为向高铬铸铁中添加少量的Ti,会使得碳化铬细化。因为在高铬铸铁中TiC可以成为碳化铬的异质形核质点。但是Ti与C会发生反应最终形成TiC,并首先从高温熔融金属中析出,可以得出结论,剩余熔融金属中的C含量将发生变化,同时合金的组织和性能也可能发生改变。
Nb亦对铁基堆焊合金的组织和耐磨性产生积极的影响,但之于其具体影响规律,目前尚没有完全统一的结论。Zhi等人[19]认为铌可以减小Fe-Cr-C过共晶高铬铸铁组织中先析M7C3碳化物的尺寸。但是,Wang等人[20]报道Nb的添加有利于形成NbC,由于NbC可作为其它含铬碳化物的异质形核质点,导致过共晶高铬铸铁组织中NbC与M7C3碳化物的共生生长形态,而M7C3碳化物的尺寸未见明显的减小[20]。
综上所述,利用多种不同合金元素强化堆焊合金是一种行之有效的方法。但是,由于实验条件的差别、合金组织中元素的复杂多样,普遍缺乏有关最佳合金元素添加量的报道,并且不同的研究者对于同一种合金元素对堆焊合金组织的影响程度和作用规律常常得出不尽相同、甚至相反的结论。因此,为了获得性能更佳的新型耐磨材料,继续展开合金元素对堆焊合金的研究,尤其是采用先进的研究方法,对采用新型堆焊方法制成的堆焊合金,进行组织和性能的研究,不仅具有着科研上的重大意义,还对我国的经济发展和堆焊产业进步起到了关键作用。