45鋼(840±10℃)金相圖

圖1(100×)

圖1(500×)

材料：45#鋼

工藝情況：加熱至(840±10℃)，保溫1h，快冷至600℃，再保溫1h，空冷

浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕

組織說明：珠光體和白色網(wǎng)狀鐵素體，晶粒度為8級。

45鋼的正火是將鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后在空氣中自然冷卻，它與完全退火的主要差別在于冷卻速度較快，目的是使鋼的組織正常化，并使珠光體量增多和變細(xì)，減少鐵素體的數(shù)量。

45鋼如果用于普通結(jié)構(gòu)零件，正火可作為最終熱處理。經(jīng)過正火可以改善鑄造或鍛造后的組織，細(xì)化奧氏體晶粒，使組織均勻化，形成細(xì)而均勻的鐵素體與珠光體組織，晶粒度達(dá)到8級，從圖1中也可以看到珠光體的層片距達(dá)到甚為細(xì)微的程度，從而提高了鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。

45鋼也是最為常用的調(diào)質(zhì)鋼，在淬火和高溫回火之前必須進(jìn)行正火處理，以獲得均勻而細(xì)密的組織，作為預(yù)先熱處理的一道重要工序。

45鋼(手工電弧焊)金相圖

圖1  200X

圖2  500X

圖3  200X                                                                     圖4  200X

圖5  200X                                                                     圖6  100X

材料：45鋼

工藝情況：

圖1–2：手工電弧焊

圖3–6：手工電弧焊，焊前未予熱，焊后未作消除應(yīng)力處理

浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕

組織說明：

圖1：上部為焊縫區(qū)，顯微組織為馬氏體、貝氏體、托氏體和少量柱狀鐵素體；下部為熱影響區(qū)的過熱形貌：馬氏體、貝氏體、托氏體和極少量鐵素體，黑色托氏體沿晶分布。

圖2：圖1過熱區(qū)更高倍率下形貌。焊縫區(qū)由液相向奧氏體(快冷、成柱狀)轉(zhuǎn)變，隨后冷卻時由柱狀奧氏體晶界上析出鐵素體把柱狀結(jié)晶的輪廓勾劃出來，然后緊鄰著鐵素體產(chǎn)生非自發(fā)成核的貝氏體轉(zhuǎn)變和非自發(fā)成核以及自發(fā)成核的托氏體轉(zhuǎn)變。

由于冷卻速度很快，殘余部分含碳量比先轉(zhuǎn)變區(qū)域的可淬性提高而產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

由于母材是45鋼，它比低碳鋼有較好的可淬性，在焊后的冷卻過程中，母材熱影響區(qū)過熱區(qū)出現(xiàn)大量的馬氏體。馬氏體相變的產(chǎn)生使焊縫和熱影響區(qū)都存在很大的組織應(yīng)力，很容易發(fā)生開裂。特別是在過熱區(qū)，晶粒粗大，馬氏體針很長，且沒有回火，應(yīng)力更大，此處是焊縫最薄弱的區(qū)域，產(chǎn)生裂縫的敏感性也最大。

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(qū)的半熔化區(qū)和過熱區(qū)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(jié)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(jié)晶，由于母材溫度低，導(dǎo)熱性好，溫度梯度大，而結(jié)晶速度很小，所以近母材熔池的結(jié)晶是在母材晶粒上直接結(jié)晶長大的。但這時母材邊緣受焊接熱循環(huán)的影響，已被迅速加熱到高溫，出現(xiàn)過熱狀態(tài)，使晶粒十分粗大，焊縫從這些粗大晶粒連續(xù)長大的焊縫新結(jié)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(qū)一般都很小，金相法較難清晰分辨，而過熱區(qū)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(xiàn)鐵素體的比例高，鐵素體的膨脹系數(shù)小，結(jié)晶收縮的應(yīng)變應(yīng)力小，同時鐵素體塑性好，容易變形，可以減少應(yīng)力集中，從而可防止焊接裂縫的產(chǎn)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(jié)晶區(qū)的奧氏體容易轉(zhuǎn)變成馬氏體。

圖4為熱影響區(qū)的正常重結(jié)晶區(qū)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(xì)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(jié)晶區(qū)(或正常正火區(qū))的受熱溫度在A_C3以上至晶粒的明顯長大的溫度區(qū)間，在此溫度區(qū)間奧氏體晶粒比較細(xì)小，其轉(zhuǎn)變后的馬氏體針葉長度比較短，距過熱區(qū)越近，奧氏體化溫度越高，化學(xué)成分越均勻，奧氏體越穩(wěn)定，空冷后越容易得到馬氏體組織。相反，離不完全正火區(qū)越近，溫度越低，化學(xué)成分越不均勻，奧氏體越不穩(wěn)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(jié)晶區(qū)，其組織為黑色的細(xì)片狀珠光體和白色的鐵素體，部分鐵素體呈細(xì)小的針狀析出，而形成魏氏組織。

此區(qū)域焊接時母材受熱溫度處于A_C1~A_C3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(zhuǎn)變而保留原材料的帶狀組織狀態(tài)。已奧氏體化部分，由于溫度低，奧氏體晶粒十分細(xì)小，且不穩(wěn)定，容易分解成更加細(xì)小的珠光體和鐵素體，由于冷卻速度很快，部分鐵素體呈細(xì)的針狀析出，形成魏氏組織狀態(tài)。

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(tài)。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(fā)成核核心，所以在軋制材料中經(jīng)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(yù)熱和焊后除應(yīng)力處理，本例由于沒有焊前預(yù)熱和焊后除應(yīng)力處理，在熱影響區(qū)中容易出現(xiàn)馬氏體組織，馬氏體硬度高、脆性大，容易引起應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力集中，而不能產(chǎn)生變形以吸收應(yīng)變能量，從而誘發(fā)冷裂縫的產(chǎn)生，同時也是使用中疲勞裂縫容易產(chǎn)生的地方。特別是過熱區(qū)的粗大馬氏體更是焊縫的薄弱區(qū)域。