高锰钢作为历史悠久的耐磨钢广泛应用于矿山、冶金、地质等装备制造领域。高锰钢加工硬化的特性赋予了其自身高耐磨性能，但在低冲击、静载荷条件下，其表面无法形成加工硬化层，其耐磨性能并不突出。随着硬质合金研究的不断发展，耐磨适用范围更广的碳化钨-高锰钢耐磨材料孕育而生，其通常采用粉末烧结、铸渗等工艺方法制备，也称碳化钨-高锰钢结硬质合金材料。这种材料以碳化钨颗粒作为增强体，以高锰钢作为粘结金属，充分利用了碳化钨颗粒的高硬度、高耐磨特性，使高锰钢在静载条件下的耐磨性能也变得优越。堆焊方法具有操作简单、方便的优点，使用堆焊方法制备碳化钨-高锰钢复合材料对耐磨工件的表面强化与修复十分适用。因此，通过选用烧结碳化钨（YQ4）作为高锰钢焊层的耐磨增强体，对用堆焊方法制备的碳化钨颗粒增强高锰钢基耐磨材料进行了研究。
在颗粒增强金属基复合材料的堆焊过程中，不但要求颗粒与粘结金属之间有较好的浸润性，还要保证焊层良好的流动性。选择20～30目的新型YQ4烧结碳化钨硬质合金颗粒替代传统工艺中铸造碳化钨，该颗粒WC含量在96%以上，并含微量的钴基合金，外观呈球状，没有尖角、裂纹等缺陷，硬度大于1400HV，力学性能及焊接性能等都很优越。焊条的管皮采用高锰钢热轧板100Mn13，其成分接近ZGMn13-2。添加剂为混合成分，其中包括绝热剂及增加浸润性和流动性的助焊剂等。堆焊基体为4mm厚的Q235钢板。
堆焊过程中由于高温作用，碳化钨颗粒易熔化烧损，熔化后不但降低耐磨颗粒的有效含量，而且W的大量溶入还会改变高锰钢的成分，使其组织及性能异化。因此，为了制作气焊焊条，采用焊接温度相对较低的氧-乙炔火焰堆焊。焊条管皮采用6mm厚的高锰钢热轧薄板（100Mn13），加工成2mm×6mm×30mm长片，4片拼合而成，内部装填碳化钨颗粒与添加剂。焊条成分配比见表1。
使用氧-乙炔火焰将焊条熔覆于Q235基体上，冷却方式采用高锰钢焊接常用的水冷方式，目的在于防止高锰钢应力开裂，并有减少碳化物析出、利用焊接余热水韧处理的效果。堆焊试样加工成10mm×10mm×6mm的检测试样，堆焊层厚度预留1～2mm，进行磨损性能检测。为测试颗粒增强型高锰钢堆焊材料抗静载磨损的能力，进行了磨料磨损与粘着磨损检测。磨料磨损在ML-10磨损试验机上进行，磨损介质为240#石英砂纸，磨损行程1m，加载1.5kg。粘着磨损在M-200型磨损试验机上进行，加载时间2h；磨轮材质为20Cr2Mo（渗碳淬火低温回火态，60～65HRC），磨轮半径17.5mm，转速为360r/min，干磨损条件下进行。两种磨损试验的对比材料均为ZGMn13-2堆焊层。
结果显示，通过堆焊方法可以制备碳化钨颗粒增强高锰钢基耐磨材料，焊层中碳化钨颗粒分散均匀，界面结合良好。在堆焊过程中，碳化钨的熔解和扩散对高锰钢组织影响显著，焊层中形成一系列的组织，包括枝晶状初生先共晶体和共晶组织、奥氏体等轴晶及过渡组织区域，碳化物主要为（Fe3W3）C、Mn7C3等。在静载荷磨损条件下，碳化钨颗粒起到了良好的抗磨作用，碳化钨颗粒增强型焊层相对于高锰钢焊层耐磨性能大幅提高，碳化钨颗粒的含量对焊层耐磨性能影响明显。（榕霖）
