图3上半部为焊缝组织：珠光体和铁素体，先共析铁素体沿柱状晶晶界析出 。图的下半部为母材热影响区的半熔化区和过热区的组织；白亮的淬火马氏体、黑色针状下贝氏体和托氏体 。焊缝与母材结合情况良好 。
焊缝金属凝固时，首先是在与母材连接的熔池边缘开始结晶，由于母材温度低，导热性好，温度梯度大，而结晶速度很小，所以近母材熔池的结晶是在母材晶粒上直接结晶长大的 。但这时母材边缘受焊接热循环的影响，已被迅速加热到高温，出现过热状态，使晶粒十分粗大，焊缝从这些粗大晶粒连续长大的焊缝新结晶也十分粗大 。此外，焊接时焊缝的温度很高，也是柱状晶容易粗大的原因 。母材半熔化区一般都很小，金相法较难清晰分辨，而过热区较宽，晶粒十分粗大，冷却相变后马氏体针叶也十分粗大 。
一般来说，焊条含碳量比母材低，出现铁素体的比例高，铁素体的膨胀系数小，结晶收缩的应变应力小，同时铁素体塑性好，容易变形，可以减少应力集中，从而可防止焊接裂缝的产生 。低碳钢的奥氏体空冷后，容易分解成珠光体和铁素体，而母材45钢，属于中碳钢，有一定淬透性，焊后空冷，重结晶区的奥氏体容易转变成马氏体 。
图4为热影响区的正常重结晶区的组织，为白亮的淬火马氏体、黑色的针状下贝氏体、黑色的托氏体、黑色块状的细珠光体和少量沿晶分布白色的铁素体的混合组织 。正常重结晶区(或正常正火区)的受热温度在AC3以上至晶粒的明显长大的温度区间，在此温度区间奥氏体晶粒比较细小，其转变后的马氏体针叶长度比较短，距过热区越近，奥氏体化温度越高，化学成分越均匀，奥氏体越稳定，空冷后越容易得到马氏体组织 。相反，离不完全正火区越近，温度越低，化学成分越不均匀，奥氏体越不稳定，越容易分解出非马氏体组织，而形成上述的混合组织 。
图5：母材不完全重结晶区，其组织为黑色的细片状珠光体和白色的铁素体，部分铁素体呈细小的针状析出，而形成魏氏组织 。
此区域焊接时母材受热温度处于AC1~AC3之间，由于受热温度比较低，没有完全奥氏体化，有一部分铁素体没有转变而保留原材料的带状组织状态 。已奥氏体化部分，由于温度低，奥氏体晶粒十分细小，且不稳定，容易分解成更加细小的珠光体和铁素体，由于冷却速度很快，部分铁素体呈细的针状析出，形成魏氏组织状态 。
图6：母材原始组织，珠光体和铁素体，呈轧制的带状分布状态 。图中铁素体中间的灰色长条状夹杂物为硫化物，轧制时塑性夹杂物沿轧制方向变形成长条状，而夹杂物可以成为铁素体析出长大的外来非自发成核核心，所以在轧制材料中经常可以看到铁素体中心有长条状分布的硫化物 。
45钢属中碳钢，其可焊性比低碳钢差很多，所以焊接时一般需要焊前预热和焊后除应力处理，本例由于没有焊前预热和焊后除应力处理，在热影响区中容易出现马氏体组织，马氏体硬度高、脆性大，容易引起应变产生的应力集中，而不能产生变形以吸收应变能量，从而诱发冷裂缝的产生，同时也是使用中疲劳裂缝容易产生的地方 。特别是过热区的粗大马氏体更是焊缝的薄弱区域 。
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