采用HVS250型数显维氏硬度计测量接头的显微硬度,测量条件:负荷为100g,加载时间为16秒。测量方法为从2507不锈钢母材热影响区和焊缝金属均依次进行测量,每个点均测量三次,然后取其平均值,测量结果如图所示。从图可知,氮的硬化作用在2507不锈钢接头中起着重要作用,氮起到了碳的一部分作用,既不因不锈钢的低碳而造成接头软化,又不像碳那样会导致晶间氮化物析出,降低接头的耐腐蚀性能。本实验过程中,利用能谱分析测得GTAW焊接接头中氮的质量分数较高，这应该是利用混合气体保护焊接接头硬度大幅度上升的主要原因。保护气体中含有一定量的氮气,增加了保护气体中氮的分压,抑制了接头中氮元素的析出,不仅如此,熔池还能从电弧解离的氮气中吸收一部分氮元素,通过此方式可以获得0.11%或者更多的氮含量。综合拉伸实验结果,GTAW接头的抗拉强度低于GTAW*接头,但其硬度却高于后者,氮元素对接头的硬化具有较强的作用。

  拉伸断口扫描电镜分析表明,当采用混和气体保护焊时,接头拉伸断口呈现明显的韧性断裂。如图所示，图中的韧窝为典型的等轴韧窝,其中图中韧窝的纤维区较大,而放射区则较小,这说明采用混合气体保护获得的接头具有较高的塑性。这是因为韧窝的大小、深浅和数量,决定于材料断裂时微孔的核心数量(夹杂物或第二相质点)和材料本身的塑性。若微孔的核心数量多或材料的塑性较低,则韧窝的尺寸小、数量多且较浅。通常,韧窝越大越深,材料的塑性越好。由此可见,采用混合气体保护获得接头的塑性甚至还要略好于母材，如图中所示为母材拉伸断口,这与接头拉伸试样的断裂位置相符合。

 上图为不同焊接工艺条件下获得接头的显微组织照片(10%铬酸水溶液电解腐蚀,腐蚀时间为10至20秒,电压为715V)。下图为2507不锈钢母材金相组织图,在铁素体基体上均匀分布着相间的条块状奥氏体组织,这是2507不锈钢具有优良力学性能和耐腐蚀性能的关键所在,同时也是对2507不锈钢焊接性研究所追求的目标之一。从图中可看出,采用三种不同焊接工艺获得接头的热影响区显微组织,GTAW与母材最为接近,奥氏体组织在铁素体基体中的分布较为均匀,尤其是在焊缝处,无论是奥氏体的分布,还是奥氏体条块的大小、数量都与母材相差无几,这与GTAW接头力学性能测试结果接近母材或略好于母材是相吻合的。

   对比GTAW和GTAW*两种工艺,GTAW接头的显微组织明显好于GTAW*,这主要得益于保护气体中氮气的加入。氮元素和镍元素一样都是强烈的奥氏体形成元素,但是氮元素的奥氏体形成能力比镍元素要高得多,相关资料表明可达镍元素的20倍。另外,氮从气相扩散到液体金属表面,包括氮分子分解成氮原子和氮从液固界面扩散到液体金属内部两个过程,混和气体中的氮均匀地覆盖在熔池表面,这样既可避免采用高镍焊丝因成分偏析而造成的奥氏体分布不均匀性,又可避免来自母材的稀释较小,造成铁素体含量较低,焊缝强度下降。