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45號鋼材質檢驗報告 45號鋼( 二 )

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圖3上半部為焊縫組織：珠光體和鐵素體，先共析鐵素體沿柱狀晶晶界析出 。圖的下半部為母材熱影響區的半熔化區和過熱區的組織；白亮的淬火馬氏體、黑色針狀下貝氏體和托氏體 。焊縫與母材結合情況良好 。
焊縫金屬凝固時，首先是在與母材連接的熔池邊緣開始結晶，由于母材溫度低，導熱性好，溫度梯度大，而結晶速度很小，所以近母材熔池的結晶是在母材晶粒上直接結晶長大的 。但這時母材邊緣受焊接熱循環的影響，已被迅速加熱到高溫，出現過熱狀態，使晶粒十分粗大，焊縫從這些粗大晶粒連續長大的焊縫新結晶也十分粗大 。此外，焊接時焊縫的溫度很高，也是柱狀晶容易粗大的原因 。母材半熔化區一般都很小，金相法較難清晰分辨，而過熱區較寬，晶粒十分粗大，冷卻相變后馬氏體針葉也十分粗大 。
一般來說，焊條含碳量比母材低，出現鐵素體的比例高，鐵素體的膨脹系數小，結晶收縮的應變應力小，同時鐵素體塑性好，容易變形，可以減少應力集中，從而可防止焊接裂縫的產生 。低碳鋼的奧氏體空冷后，容易分解成珠光體和鐵素體，而母材45鋼，屬于中碳鋼，有一定淬透性，焊后空冷，重結晶區的奧氏體容易轉變成馬氏體 。
圖4為熱影響區的正常重結晶區的組織，為白亮的淬火馬氏體、黑色的針狀下貝氏體、黑色的托氏體、黑色塊狀的細珠光體和少量沿晶分布白色的鐵素體的混合組織 。正常重結晶區(或正常正火區)的受熱溫度在AC3以上至晶粒的明顯長大的溫度區間，在此溫度區間奧氏體晶粒比較細小，其轉變后的馬氏體針葉長度比較短，距過熱區越近，奧氏體化溫度越高，化學成分越均勻，奧氏體越穩定，空冷后越容易得到馬氏體組織 。相反，離不完全正火區越近，溫度越低，化學成分越不均勻，奧氏體越不穩定，越容易分解出非馬氏體組織，而形成上述的混合組織 。
圖5：母材不完全重結晶區，其組織為黑色的細片狀珠光體和白色的鐵素體，部分鐵素體呈細小的針狀析出，而形成魏氏組織 。
此區域焊接時母材受熱溫度處于AC1~AC3之間，由于受熱溫度比較低，沒有完全奧氏體化，有一部分鐵素體沒有轉變而保留原材料的帶狀組織狀態 。已奧氏體化部分，由于溫度低，奧氏體晶粒十分細小，且不穩定，容易分解成更加細小的珠光體和鐵素體，由于冷卻速度很快，部分鐵素體呈細的針狀析出，形成魏氏組織狀態 。
圖6：母材原始組織，珠光體和鐵素體，呈軋制的帶狀分布狀態 。圖中鐵素體中間的灰色長條狀夾雜物為硫化物，軋制時塑性夾雜物沿軋制方向變形成長條狀，而夾雜物可以成為鐵素體析出長大的外來非自發成核核心，所以在軋制材料中經常可以看到鐵素體中心有長條狀分布的硫化物 。
45鋼屬中碳鋼，其可焊性比低碳鋼差很多，所以焊接時一般需要焊前預熱和焊后除應力處理，本例由于沒有焊前預熱和焊后除應力處理，在熱影響區中容易出現馬氏體組織，馬氏體硬度高、脆性大，容易引起應變產生的應力集中，而不能產生變形以吸收應變能量，從而誘發冷裂縫的產生，同時也是使用中疲勞裂縫容易產生的地方 。特別是過熱區的粗大馬氏體更是焊縫的薄弱區域 。

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