铁素体—奥氏体异种钢接头界面组织及力学性能
能力各异，致使长大成不均匀状态（图3-4）热影响区其实并未发生相变，晶粒呈颗粒状，晶粒的晶界比较平直为多边形。但是，靠近焊缝的热影响区组织明显比母材的组织粗大,且随着距焊缝距离的增加，铁素体的晶粒尺寸在减少；焊缝区金属的基体组织为奥氏体+铁素体（图3-6），在焊缝的快速冷却过程中，会有少量的δ铁素体产生，并位于奥氏体的晶界上。这种少量铁素体与奥氏体共存的焊缝组织具有强度和塑性良好的综合性能，缺口的敏感性较低；奥氏体侧靠近焊缝区的组织比较粗大（图3-5），且晶粒长大的方向性比较明显，由于组织的粗大导致塑性和韧性有一定程度的降低。熔合区从左到右的变化是由柱状晶奥氏体基体上分布有较大的骨架状铁素体，接着是细小骨架状铁素体分布在窄小柱状晶奥氏体基体上，紧邻的铁素体更加细小和破碎，不连续且无方向性，基体奥氏体无明显的柱状晶特征；接下来是单相的奥氏体母材，由于远离焊缝，在焊接过程中受到的焊接热影响不大，依旧保持原母材的特性（图3-7）。
3.2.2 显微硬度实验
3.2.2.1 试样维氏硬度测试
本文实验采用的是维氏硬度测试法。维氏硬度试验原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是压头用金刚石正四棱锥压头。正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形，如图5-3所示。 维氏硬度试验基本原理是将两相对面夹角为136°（两相对棱夹角为148°6＇42＂）的金刚石正四棱锥压头，在一定的试验力作用下压入试样表面，保持一定的时间后，卸除试验力，测量压痕对角线长度，如图5-4所示，以试验力除以压痕锥形表面积所得的商表示维氏硬度值。
图3-8维氏金刚石棱锥压头 图3-9维氏硬度试验基本原理图
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图3-10维氏硬度测量时棱锥形压痕
维氏硬度值的计算公式为：
F?0.102?S2Fsin?2 ( 3-1 ) HV?0.102?d2F = 负荷（牛顿力） S = 压痕表面积（平方毫米） α = 压头相对面夹角=136°
d = 平均压痕对角线长度（毫米）
其后就是实验操作，在维氏硬度计上逐点打硬度。各硬度点的连线近似垂直于熔合线，且硬度点由铁素体母材区经过焊缝边缘、焊缝区向奥氏体母材均匀过渡，试样上打15个硬度点，间距1mm。实验测出数据值分别为：
表3-2 试验板材维氏硬度值
测试序数 1 2 3 4 5 430母材硬度（HV） 178 187 185 181 184 304母材硬度（HV） 121 126 124 127 122 焊缝区硬度（HV） 152 147 156 148 157 焊缝边缘区硬度（HV） 121 143 150 126 106
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430母材硬度→焊缝边缘区硬度→焊缝中心两侧硬度→304母材硬度
图3-11试样维氏硬度变化曲线
3.2.2.2 硬度数据分析
测试的硬度数据（图3-11）显示了从焊缝中心到接头两边母材区的变化情况。从数据中可以看出，铁素体430母材处的硬度值均较各焊缝处的硬度值高，奥氏体304母材处的硬度值均较各焊缝处的硬度值低。从母材至热影响区至焊缝中心，焊缝处的硬度值处于两种母材之间。通过金相组织分析，可以观察到在热影响区域由于母材金属的晶粒在焊接过程中受热长大，产生了晶粒粗化的现象，使热影响区处产生了一定得软化所致，组织产生了脆化现象。同时在熔合区硬度值波动比较明显，这是因为在焊接的过程中，母材靠近焊缝的区域会发生部分熔化，在熔化的过程中，因为碳在固体中的化学位高于在液相中的化学位，因此，将会发生碳从固体向液体转移，由于固液共存时间极短，会出现局部的脱碳和增碳，存在一定的浓度梯度，同时其它合金元素也会出现成分不均的现象。由于碳的浓度与金属的硬度存在一定的关系，即碳的浓度越高钢的硬度越高，反之则硬度越低。而此区在焊接时发生了局部的脱碳，碳浓度的降低造成了硬度值的降低。此外焊条与两种母材在熔合时化学成分重新分布，组织分布不均匀。焊缝区的硬度值变化比较稳定，这是因为组织由奥氏体与铁素体组成，组织性能较稳定，未发生明显脆化。奥氏体与铁素体母材区由于远离焊缝，组织变化不大，性能稳定，所以硬度值变化不是很明显。
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4 结论
从实验得出的金相图可以看出，焊缝区由铁素体与奥氏体组织组成，且组织为粗大柱状晶组织，这种凝固组织不仅对凝固过程中裂纹的产生有影响，而且对焊缝的各项使用性能（特别是韧性）也有决定性的影响。在接头冷却过程中会有少量的δ铁素体产生，并位于奥氏体的晶界上，这种现象又一定程度上加强了焊缝组织的强度和塑形。在接头熔合区会出现晶粒组织粗大、不均匀和化学成分变化等特征，同时因为碳在固相中的化学位高于在液相中的化学位，所以在焊接的过程中，碳将会发生从固相向液相的转移，但是量较少。由于固液两相共存时间极短，瞬时结晶将会造成少量脱碳和增碳。碳含量对硬度有较大的影响且存在浓度梯度，这就造成了接头硬度分布不均匀。由于熔合区这些因素的存在，成为整个接头区力学性能和耐蚀性的薄弱环节。总之，在这分析的基础上我得出了以下观点：
1、由硬度实验数据可以看出接头处与母材部分的硬度值有一定的差异，这是因为在焊接过程中接头部分会出现碳迁移现象。由于焊缝区与母材存在着硬度差异，这对材料的机械性能有较大的影响，在使用时会影响材料性能的发挥
2、铁素体—奥氏体异种钢焊接接头的基体组织为奥氏体加铁素体，综合性能良好，但焊接接头断裂处出现在靠近焊缝的铁素体一侧几率比较大
3、焊接时如果线能量输入过高将导致焊缝收缩应变增大。同时由于焊缝中上部是液相结晶较晚的部位，并被低熔点组分所富集，更加剧了热裂倾向。在焊接中，只有尽可能的减小焊接线能量，才能预防铁素体不锈钢热影响区的过热组织和由于组织粗化而引起的冲击韧性的下降的现象。因此，焊接时低的焊接电流和较快的焊接速度是保证焊接接头组织性能的有效措施
4、焊接接头的铁素体不锈钢一侧的焊接热影响区未发生相变，靠近熔合区的铁素体晶粒有长大的倾向，焊接时应尽可能地防止其长大，以免此处韧性降低，应采用较小的热输入
5、界面显微组织和相结构的变化所引起的性能变化也是导致接头失效的一个重要原因。在通常的焊接条件下，焊缝及热影响区组织发生了非平衡的组织转变，出现了许多不同于母材的特点
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6、接头的界面组织与力学性能与所选的焊接工艺也息息相关。所以在实验之前要充分掌握母材的特性，选择适当的焊条以及合理的焊接工艺。
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