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热作模具在恶劣的工况条件下及易损坏，使模具寿命缩短。急需一种具备高热强性、热稳定性及良好的强韧配比，能满足热作模具使用工况的堆焊材料对其进行堆焊修复。马氏体时效不锈钢是以无碳或超低碳马氏体为基体，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强钢，具有高强韧性、良好的热稳定性并兼备一定的耐蚀性等优点，焊后硬度较低易加工，经简单热处理强度可获得很大提升，满足热作模具堆焊材料的需要。 本研究研制了一种金属粉芯焊丝，采用CO2气保护电弧堆焊方法在模具表面进行堆焊，制备马氏体时效不锈钢堆焊层，以达到修复模具的作用。分别讨论了堆焊层合金中Co元素与Mo元素含量对合金硬度、时效效果、红硬性及显微组织的影响；从合金硬度和显微组织方面分析了不同时效时间、时效温度对所研制马氏体时效不锈钢堆焊层合金时效行为的影响；同时研究了焊丝中矿物粉种类和含量，以及焊接参数对焊接工艺性能的影响。 研究结果表明：所研制氧化钛型渣系焊丝可满足模具堆焊焊接工艺性能要求。焊丝中MgO含量为4％时熔渣覆盖良好，脱渣率高；焊丝中CaF2含量为6％时熔渣覆盖良好，但CaF2的加入对脱渣带来不利影响。所研制焊丝中MgO含量为2％时，焊接飞溅最小；加入CaF2后飞溅有所增大，增大CaF2含量，飞溅反而降低；随焊接参数增大，飞溅先增大后减小。添加MgO后，焊缝余高减小，铺展情况得到改善；CaF2的加入并未对焊缝铺展起到明显改善作用，且含CaF2时电弧稳定性差。随焊接参数增大，焊缝熔深增大，余高减小，余高系数增大，焊接电流、电压为300A32V时，焊缝铺展状况最好。 堆焊合金焊后硬度随Co含量增长而上升，且Co含量越高，时效效果越明显，堆焊合金红硬性也随Co含量增长而增强；当堆焊合金中不含Co时，无法得到以马氏体为主的组织形貌。堆焊合金Mo含量在0.5％-3.5％范围内时，堆焊合金焊后硬度随Mo含量增长而上升，且Mo含量越高，时效后硬度增长越大，Mo含量超过3.5％后，硬度明显下降；Mo含量在0.5％－5％范围内时，堆焊合金红硬性随Mo含量增长而增强；堆焊合金显微组织在各Mo含量下均为马氏体组织形貌，Mo含量超过3.5％后，残余奥氏体数量随Mo含量增长而急剧增多。 所研制堆焊合金硬度随时效时间增长先升高，经过2.5h－3.5h到达时效峰，随后硬度随时间增长而下降。堆焊合金的最佳时效温度为450℃-500℃，时效硬化效果随温度升高而增强，超过最佳时效温度后，随时效温度升高，逆转变奥氏体长大并增多，合金软化。