Mo元素对Cr27高铬铸铁CMT堆焊层组织与耐磨性能的影响——文献学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于《表面技术》2026年第55卷第11期，由安徽工业大学材料科学与工程学院张文扬、胡磊与广东省特种设备检测研究院袁霖合作完成，受广东省市场监督管理局科技项目（2025CT12）资助。研究聚焦于Mo元素对Cr27高铬铸铁药芯焊丝CMT电弧堆焊层组织及耐磨性能的影响，采用渗透检测、SEM、EBSD和销盘磨损实验等综合表征手段，系统揭示了Mo元素在凝固过程中的析出行为及其对堆焊层形性调控的内在机理。

核心发现与技术要点

文献的核心发现可归纳为以下几个方面。Mo元素的添加导致堆焊过程中飞溅显著增加，并诱发横向裂纹形成，这是工程应用中需要重点关注的工艺缺陷。两种堆焊层（含Mo与不含Mo）均主要由(Fe,Cr)₇C₃共晶碳化物与奥氏体基体组成，但Mo元素的添加显著细化了堆焊层奥氏体晶粒，并提高了M₇C₃碳化物的体积分数。具体量化数据如下：

机理分析——Mo元素的晶粒细化与碳化物调控

从凝固冶金角度分析，Mo元素的晶粒细化机理可分解为两个阶段。第一阶段为异质形核阶段：在凝固过程中，Mo元素优先析出高熔点的Mo₂C，作为异质形核核心提高了奥氏体的形核率。第二阶段为晶界钉扎阶段：在凝固后期，Mo₂C还可钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大，从而进一步细化晶粒。此外，Mo元素的添加会降低C元素在奥氏体中的固溶度，使更多C元素参与共晶反应，从而提高M₇C₃碳化物的含量。碳化物含量的增加与晶粒细化共同作用，使堆焊层硬度从690 HV提升至740 HV。

磨损机理与工程应用思考

两种堆焊层的磨损形式均以黏着磨损与磨粒磨损为主，但Mo元素的添加显著降低了摩擦系数与磨损失重。摩擦系数从0.645降至0.395，降幅接近39%，这一数据在工程实践中具有重要指导意义。对于高铬铸铁堆焊层而言，Mo元素通过细化晶粒和增加碳化物含量，有效改善了耐磨性能，磨损量降低约50%。

然而，Mo元素添加带来的飞溅增加和横向裂纹问题不容忽视。从FMEA（失效模式与影响分析）的角度来看，横向裂纹属于严重度较高的缺陷模式，需要采取针对性的工艺措施加以控制。在实际生产中，建议通过调整CMT工艺参数（如降低送丝速度、优化摆动频率）来抑制飞溅，同时考虑在焊后增加消应力热处理工序以缓解焊接残余应力，降低裂纹敏感性。

学习心得与工程启示

本文的研究方法值得借鉴——通过EBSD分析晶粒取向与晶界特征，结合销盘磨损实验获取定量数据，形成了从微观组织到宏观性能的完整证据链。对于从事高铬铸铁堆焊修复的技术人员而言，Mo元素是一种值得关注的合金化添加剂，但必须权衡其带来的性能提升与工艺缺陷之间的矛盾。在实际应用中，建议先在实验室条件下进行小批量验证，优化CMT工艺参数窗口，再逐步推广至生产现场，确保堆焊层质量可控、性能达标。