负重轮是陆军装备履带的重要零部件,由于服役环境比较复杂,负重轮表面承受较大的载荷导致磨损失效。激光熔覆修复技术是恢复负重轮使役性能的重要方法,具有熔覆材料成分可控、利用率高、制备涂层致密结合性好等优点。本文以损伤失效负重轮40Cr钢作为研究对象,利用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备铁基熔覆层,并采用方差分析法对其工艺进行优化设计。稀释率是表征熔覆层与基体间机械性能与组织特征的重要参考,重点研究了激光功率、扫描速度、送粉速度对熔覆层稀释率的影响程度。实验结果表明,激光功率对稀释率影响呈非线性变化,其对稀释率影响程度显著。扫描速度越小,稀释率越小;送粉速度越大,稀释率越小;扫描速度和送粉速度对稀释率影响程度高度显著,最终得到最优的激光加工参数为:激光功率250 W,扫描速度3 mm/s,送粉速率12.5 g/min。采用最优工艺在40Cr钢表面制备了Fe-17Cr-12Ni+xMo（x=0wt.%、2wt.%、5wt.%、10wt.%）和Fe-14Cr-1.5Ni+xCr3C2（x=5wt.%、10wt.%、15wt.%）两组熔覆层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、EDS分别对激光熔覆层的物相组成、显微组织形貌、微区成分进行了分析;利用显微硬度计和磨损实验机对熔覆层的硬度和耐磨性能进行测试评价。研究结果表明,不添加Mo的熔覆层主要由γ-Fe及Cr7C3（M7C3）组成,添加Mo元素后出现了Fe7Mo3相。在不添加Mo的熔覆层中碳化物Cr7C3呈针状且分布不均匀,在近表层分布较多。添加Mo元素后,在2wt.%Mo熔覆层中针状组织消失,近表层组织晶粒达到12.8μm,随着Mo含量进一步增加,5wt.%Mo和10wt.%Mo熔覆层近表层晶粒尺寸分别达到8.2μm和5.9μm,晶粒得到细化,组织更加均匀,Cr7C3和Fe7Mo3的共晶组织呈网状分布。由于不添加Mo的熔覆层组织不均匀,因此熔覆层整体硬度波动大,耐磨性较差,磨损过程中出现了大范围的剥落。随着熔覆层中Mo含量的增加,组织逐渐细小均匀化,整体硬度有所升高且较为均匀,10wt.%Mo熔覆层耐磨性表现最好,磨损形貌平整度好,磨损中不存在大范围剥落现象。对于添加Cr3C2粉末的铁基熔覆层,主要由α-Fe、Cr23C6和Cr7C3组成。其中Cr3C2粉末在激光高温作用下在熔池中游离出大量的Cr、C元素促进形成Cr23C6和Cr7C3相。含Cr23C6的共晶组织在熔覆层中呈条状或网状分布,表现为富Cr现象。Cr7C3相在5wt.%Cr3C2熔覆层中以颗粒状分布,数量较少,而在10wt.%Cr3C2和15wt.%Cr3C2熔覆层中以块状组织碎化分布在基体中,起到弥散强化作用。随着Cr3C2含量的增加,熔池中Cr、C元素含量增加,在凝固形核中促进向碳化物转变,5wt.%Cr3C2、10wt.%Cr3C2和15wt.%Cr3C2熔覆层近表层等轴晶尺寸分别达到10.7μm、7.9μm和5.7μm,组织更加致密均匀,熔覆层整体硬度明显得到提升且波动较小,15wt.%Cr3C2熔覆层的整体硬度及耐磨性最好,其硬度最高达到589 HV0.2。