热轧辊、热模具等中高碳钢零部件由于具有较好的耐磨性、耐热疲劳性能而广泛应用于冶金、机械行业等工作条件比较恶劣的环境中，在使用过程中这些中高碳钢零部件常因过渡磨损和热疲劳损伤而报废。通过堆焊再制造可以使这些零件表面获得具有耐磨性、耐热等特殊性能的表面层，延长其使用寿命。随着稀土元素的应用越来越广泛，亟待开发出具有良好的焊接性，较高的耐磨、耐热疲劳性能的药芯焊丝。本文以中高碳钢为研究对象，配制了四种不同Y2O3加入量的堆焊用药芯焊丝，研究了Y2O3加入量对堆焊合金微观组织与耐磨性、耐热疲劳性能的影响，并采用有限元分析对中高碳堆焊合金耐磨性、耐热疲劳性能进行了数值模拟。适量的Y2O3可以使堆焊合金获得细小均匀的针状马氏体及网状高合金马氏体组织，Y2O3能够有效细化堆焊合金原奥氏体晶粒，当Y2O3加入量为0.76wt.%时，堆焊合金晶粒尺寸最小；对其细化机制进行了热力学计算，并计算了稀土夹杂物与初生γ相的二维点阵错配度情况。结果表明，YAlO3与初生γ相的二维点阵错配度中等有效，可以作为初生γ相的非均质形核核心，起到细化原奥氏体晶粒的作用。适量的稀土氧化物可以提高堆焊合金力学性能；随着Y2O3加入量的增加，堆焊合金的硬度、抗拉-屈服强度、耐磨性和热疲劳性能得到了显著提高。采用ANSYS有限元模拟软件建立了摩擦磨损试样和热疲劳试样两种状态下温度场和应力场的计算模型，分析了两种状态下堆焊试样的温度场和应力场的变化，对堆焊合金摩擦磨损与热疲劳失效的原因进行了分析，并对疲劳寿命进行了预测。