16mn无缝钢管的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉16mn无缝钢管的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳16mn无缝钢管热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素16mn无缝钢管经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。二、实验概述16mn无缝钢管的热处理就是利用16mn无缝钢管在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析16mn无缝钢管加热至AC3＋(20～30)℃（完全退火）；共析16mn无缝钢管和过共析16mn无缝钢管加热至AC1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳16mn无缝钢管的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。（2）正火加热温度一般亚共析16mn无缝钢管加热至AC3＋(30～50)℃；过共析16mn无缝钢管加热至ACm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。退火和正火加热温度范围选择见图3-1。（3）淬火加热温度一般亚共析16mn无缝钢管加热至AC3＋(30～50)℃；共析16mn无缝钢管和过共析16mn无缝钢管则加热至AC1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于AC3时的淬火为完全淬火；加热温度在AC1 和AC3（亚共析16mn无缝钢管）或AC1和ACCm（过共析16mn无缝钢管）之间是不完全淬火。在完全淬火时，16mn无缝钢管的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析16mn无缝钢管得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析16mn无缝钢管得到马氏体和渗碳体的组织。亚共析16mn无缝钢管用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。而过共析16mn无缝钢管采用不完全淬火则是正常的，这样可使16mn无缝钢管获得最高的硬度和耐磨性。在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在16mn无缝钢管中出现裂纹。 （4）回火加热温度  16mn无缝钢管淬火后都需要进行回火处理，回火温度取决于最终所要求的组织和性能（工厂常根据硬度的要求），通常按加热温度的高低，回火可分为以下三类。  低温回火：加热温度为150℃～250℃。其目的主要是降低淬火16mn无缝钢管中的内应力，减少16mn无缝钢管的脆性，同时保持16mn无缝钢管的高硬度和耐磨性。常用于高碳16mn无缝钢管制的切削工具、量具和滚动轴承件及渗碳处理后的零件等。  中温回火：加热温度为350℃～500℃。其目的主要是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。主要用于各种弹簧热处理。  高温回火：加热温度为500℃～650℃。其目的主要是获得既有一定的强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能。通常把淬火后加高温回火的热处理称做调质处理。主要用于处理中碳结构16mn无缝钢管，即要求高强度和高韧性的机械零件，如轴、连杆、齿轮等。 2. 保温时间的确定  为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须在热处理加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温所需时间算在一起，统称为加热时间。  热处理加热时间必须考虑诸多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时炉子的温度，16mn无缝钢管的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。  实际工作中常根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳16mn无缝钢管来说，按工件厚度（或直径）每毫米一分钟 到一分半钟估算；合金16mn无缝钢管按每毫米两分钟估算。在盐浴炉中，保温时间则可缩短1～２倍。