在制造业中,模具钢的生产成本高,消耗能源大。热作模具钢由于其工作环境十分恶劣,在长期工作后模具表面容易产生磨损、裂纹等问题,造成较大的经济损失。针对这一问题,本文以H13为研究对象,通过等离子弧堆焊技术在H13钢表面熔覆钴基合金耐磨层。本文首先对不同焊接工艺参数对焊接效果的影响规律进行了研究,获得了较为合适的焊接工艺参数,并成功制备了表面成型良好,无裂纹、气孔等缺陷的堆焊试样。通过有限元模拟技术建立了堆焊模型,研究了堆焊过程中焊接应力的变化规律。对堆焊层的显微组织与耐磨性能进行了研究。其主要的研究成果如下:(1)通过工艺实验,研究了焊接工艺对焊缝形貌、硬度的影响。结果表明,焊接速度为3.5mm/s,送粉量为65g/min,焊接电流为190A,焊接电压为15V,预热温度为300℃时能够得到硬度高、焊缝形貌良好并且无裂纹缺陷的试样。(2)通过有限元模拟建立了堆焊模型,对热影响区应力进行了分析。结果表明,预热降低了热影响区的温度梯度、冷却速度和应变,减小了焊后残余应力。在堆焊过程中,每进行一次焊接,都会产生新的焊接应力,新产生的应力随着焊接次数的增加不断减小,最后趋于稳定。每一次焊接都能消减部分已经产生的焊接应力。因此,保证第一道焊接没有产生裂纹后,后续的堆焊过程不会由于焊接应力产生裂纹。(3)研究了调质热处理工艺对于堆焊试样的组织与性能的影响。结果表明,热处理使堆焊层中的共晶组织变得粗大,并改变了碳化物形貌,提高了堆焊层硬度,并使堆焊层中各个区域硬度变得均匀。通过热处理,H13钢基材组织转变为回火马氏体,消除了热影响区中的针状马氏体,导致了H13钢硬度的提高。同时,热处理进一步消减了热影响区残余应力,降低热影响区的开裂倾向。(4)研究了不同载荷、不同温度下堆焊层与H13钢的摩擦磨损性能。结果表明,在300N高载荷下,钴基堆焊层在室温、350℃、500和650℃时耐磨性能均优于H13钢。室温和350℃时,堆焊层与H13钢以磨粒磨损为主,500℃混合650℃时以氧化磨损为主。钴基堆焊层在不同实验温度下的耐磨损性能均优于H13。