本发明属于金属热处理技术领域，特别涉及一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理工装及方法。
背景技术：
钢中组织遗传现象是指原始为非平衡组织(马氏体、贝氏体、魏氏组织等)在经过一定的热处理后，所形成新的奥氏体晶粒没有得到细化，而是保留了原始的粗大晶粒现象，当加热前组织较为粗大时，加热后的奥氏体组织较为粗大；当加热前组织较为细小，加热后的奥氏体组织晶粒细小。即组织遗传后的晶粒大小受原始组织的直接影响。在一个钢种的前提下，其组织为贝氏体时比组织为马氏体时更加容易发生组织遗传，魏氏体组织也易发生组织遗传现象，其他组织则不易发生组织遗传。总的来说，当合金钢的组织为非平衡组织时组织遗传现象较为普遍。
研究发现，低碳合金钢尤其是低碳含v合金钢，锻后空冷得到以贝氏体为主的及少量铁素体和珠光体的显微组织，通过多添加微合金化元素，这类钢在很宽的冷却速度范围内都可获得贝氏体组织。究其原因，是贝氏体转变存在形核与长大过程，它是由单相的奥氏体分解为α相和碳化物两相，钢中的c、cr、mo等碳化物形成元素提高了碳在刚中的扩散激活能，减慢了先共析铁素体的形核与长大。由于钢中含有v这类强碳化物形成元素，会强烈推迟珠光体转变，使得铁素体-珠光体区的孕育期较长，而贝氏体转变孕育期较短，所以空冷极易得到贝氏体组织，相应的，组织遗传倾向严重。
钢铁零件热处理时，由于淬火过程冷却速度最快，组织转变最剧烈，相应的热应力、组织应力的影响达到最大，产生的变形量也最大。为解决变形问题，必须从控制淬火变形入手。零件热处理常用的设备包括井式炉、淬火油槽、箱式回火炉等，采用常规热处理方法，将盘形零件平铺装炉或利用工装间隔后叠放装炉，进炉淬火，清洗后直接放入回火炉回火，已被事实证明无法满足变形量要求。有厂家为减少零件翘曲，在淬火前将零件两两焊接，回火后再割开，此种方法耗费人力物力，大大降低生产效率。如引入淬火压床，在淬火的同时施加校形力，不但校形效果未知，而且前期投入较高，对技术和管理水平要求高，且只能进行单件热处理，生产效率也会有所下降。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理工装及方法，该工装及方法相互联系，在不改变原有井式热处理设备的基础上，能够消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理工装，包括淬火防变形工装和回火校形工装6，其中：淬火防变形工装包括吊杆1、底盘2、定位套筒3、十字料架4和定位销5，所述吊杆1上自上而下依次穿过有若干个十字料架4，所述吊杆1下段安装有底盘2，相邻的十字料架4之间通过安装于吊杆1上的定位套筒3隔开，位于最下端的十字料架4与底盘2之间也通过安装于吊杆1上的定位套筒3隔开，所述十字料架4上设置有若干定位销5，定位销5上装配盘形零件9。
进一步的，所述底盘2和十字料架4均通过其上的中心圆环套装于吊杆1上，所述底盘2包括6根均匀分布于中心圆环四周的支撑杆，每个十字料架4包括4根均匀分布于中心圆环四周的支撑梁，每根支撑梁的上表面设置有若干组等间距的定位销5，位于同一根支撑梁上相邻的两组定位销5之间用于装配盘形零件9。
进一步的，所述回火校形工装6为一个圆环状结构7，所述圆环状结构7上垂直于轴向设置有一圈凸起的定位环8，盘形零件9装配于定位环8上。
进一步的，所述圆环状结构的外圆直径小于盘形零件9的直径，回火校形工装6的整体厚度大于盘形零件9的厚度。为进一步减少盘形零件9已经发生的变形，充分利用高温回火过程进行校形，设计了回火校形工装6，改装后的回火校形工装6可将盘形零件9托起，使盘形零件9受力集中在变形部位，在回火过程中利用盘形零件9自重进一步校形。
一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理方法，包括以下步骤：
s01、盘形零件悬挂装炉：盘形零件悬挂于淬火防变形工装上，并放置于井式淬火加热炉内；
s02、第一次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件在井式淬火加热炉内加热至650±10℃,保温2-3h，继续加热至850±10℃，保温2-3h，再次加热至970±30℃，保温6-12h，出炉空冷至室温；
s03、第二次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件再次放入井式淬火加热炉内加热至650±10℃,保温2-3h，继续加热至850±10℃，保温2-3h，再次加热至900±30℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
s04、淬火：再次将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件放入井式淬火加热炉内加热至650±10℃,保温2-3h，继续加热至850±10℃，保温2-3h，再次加热至890±30℃，保温2-4h，然后进行油淬；
s05、高温回火：将回火校形工装与盘形零件交替叠放后，置于箱式回火炉内分段加热至650±30℃，保温4-12h，出炉空冷至室温。
进一步的，所述步骤s04中，油淬的油温为55-65℃。
进一步的，所述步骤s04和s05之间还包括盘形零件清洗步骤，去除盘形零件表面淬火油渍。
进一步的，所述清洗步骤中清洗剂温度为70-80℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过调整正火工艺达到消除组织遗传的效果，不增加后续淬火步骤，不会加剧零件变形。第一次正火步骤温度高，时间长，奥氏体再结晶过程倾向于均匀形核，彻底切断再结晶晶粒与母相晶粒取向联系，消除组织遗传。第二次正火温度降低，时间缩短，避免长时间高温度加热可能引起的晶粒长大，同时可将第一次正火后的粗大晶粒细化，得到细小均匀组织。
2、正火后进行调质处理，调质淬火温度略低于第二次正火温度，确保奥氏体晶粒不会长大，同时满足奥氏体化温度要求，调质后得到晶粒尺寸细小，均匀的索氏体组织，获得良好综合力学性能。
3、将零件常规井式炉平铺装炉方式变更为悬挂装炉方式，可以解决本发明方法中多次加热及淬火过程引起的变形问题，其优势主要体现在以下两方面：第一，加热保温阶段，零件平铺摆放时，朝下的平面一侧在高温下膨胀时受下方工装制约，而远离工装的一侧相对自由，造成受力不均发生翘曲，同时，零件受重力作用方向为轴向，圆周各处工装稍有不平则翘曲变形会加剧。悬挂装炉后，零件受重力作用方向由轴向变更为径向，且受热膨胀时各方向均不受制约，膨胀均匀发生；第二，淬火油冷阶段，考虑行车下降速度及油液流动时间，经实际统计测量，平铺朝下一侧较远离工装一侧先接触淬火油2秒钟左右，根据淬火油冷却特性曲线推算零件上下表面温度差可达300度，是造成盘体翘曲的主要原因，而零件采用本发明方法悬挂装炉后垂直油面入油，盘体两侧同时冷却，可以避免因冷却先后不同温差过大而导致的翘曲。应用本发明热处理方法及工装后，零件淬火过程变形量减小约70％。
4、采用本发明提供的工装及方法，为进一步减少已经发生的变形，所有升温过程均为分段升温，同时设计出配套使用的回火校形工装，可以充分利用回火过程进行校形。为此，需在清洗步骤结束后增加一次改装步骤，可以充分利用回火温度及零件自重进一步校形，使零件最终满足加工尺寸要求，提高热处理质量，大幅度降低生产成本。
附图说明
图1是本发明中淬火防变形工装的结构示意图；
图2是本发明中淬火防变形工装的使用状态图；
图3是本发明中回火校形工装的结构示意图；
图4是本发明中回火校形工装的使用状态图
图5是本发明热处理方法时间与温度进程示意图；
其中：1-吊杆，2-底盘，3-定位套筒，4-十字料架，5-定位销，6-回火校形工装，7-圆环状结构，8-定位环，9-盘形零件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1和2所示，一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理工装，包括淬火防变形工装和回火校形工装6，其中：淬火防变形工装包括吊杆1、底盘2、定位套筒3、十字料架4和定位销5，所述吊杆1上自上而下依次穿过有若干个十字料架4，所述吊杆1下段安装有底盘2，相邻的十字料架4之间通过安装于吊杆1上的定位套筒3隔开，位于最下端的十字料架4与底盘2之间也通过安装于吊杆1上的定位套筒3隔开，所述十字料架4上设置有若干定位销5，定位销5上装配盘形零件9。定位套筒3则直接套在吊杆1上，用于调整和确定高度。定位销5垂直设置在十字料架4的支撑梁上，用于分隔盘形零件9。
所述底盘2和十字料架4均通过其上的中心圆环套装于吊杆1上，所述底盘2包括6根均匀分布于中心圆环四周的支撑杆，每个十字料架4包括4根均匀分布于中心圆环四周的支撑梁，每根支撑梁的上表面设置有若干组等间距的定位销5，位于同一根支撑梁上相邻的两组定位销5之间用于装配盘形零件9。
所述回火校形工装6为一个圆环状结构7，所述圆环状结构7上垂直于轴向设置有一圈凸起的定位环8，盘形零件9装配于定位环8上。
所述圆环状结构的外圆直径小于盘形零件9的直径，回火校形工装6的整体厚度大于盘形零件9的厚度。为进一步减少盘形零件9已经发生的变形，充分利用高温回火过程进行校形，设计了回火校形工装6，改装后的回火校形工装6可将盘形零件9托起，使盘形零件9受力集中在变形部位，在回火过程中利用盘形零件9自重进一步校形。
实施例1
一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理方法，包括以下步骤：
s01、盘形零件悬挂装炉：盘形零件悬挂于淬火防变形工装上，并放置于井式淬火加热炉内；目的是实现盘形零件在井式淬火加热炉中的悬挂装炉方式，进而使盘形零件在加热时受重力作用方向由轴向变更为径向，且悬挂后受热膨胀时各方向均不受制约，膨胀均匀发生；
s02、第一次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件在井式淬火加热炉内加热至640℃,保温2h，继续加热至840℃，保温2h，再次加热至940℃，保温6h，出炉空冷至室温；
s03、第二次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件再次放入井式淬火加热炉内加热至640℃,保温2h，继续加热至840℃，保温2h，再次加热至860℃，保温2h，出炉空冷至室温；
s04、淬火：再次将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件放入井式淬火加热炉内加热至640℃,保温2h，继续加热至840℃，保温2-3h，再次加热至860℃，保温2h，然后进行油淬，油淬的油温为55℃；淬火油冷阶段，悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件，其盘体两侧同时冷却，减小盘形零件淬火过程中发生的翘曲，椭圆，平面锥度，端面跳动等变形；
所述步骤s04和s05之间还包括盘形零件清洗步骤，去除盘形零件表面淬火油渍，盘形零件清洗时，清洗剂温度为70℃。
s05、高温回火：将回火校形工装与盘形零件交替叠放后，置于箱式回火炉内分段加热至620℃，保温4h，出炉空冷至室温。为进一步减少盘形零件9已经发生的变形，充分利用高温回火过程进行校形，设计了回火校形工装6，改装后的回火校形工装6可将盘形零件9托起，使盘形零件9受力集中在变形部位，在回火过程中利用盘形零件9自重进一步校形。
实施例1中共进行两次正火步骤(即步骤s02和s03)，第一次正火温度高，时间长，可消除组织遗传倾向，第二次为常规正火，可获得组织均匀，细小的晶粒。
淬火步骤(即步骤s04)可获得均匀的低碳马氏体，为减小盘形零件变形，采用分段升温方法。
实施例2
一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理方法，包括以下步骤：
s01、盘形零件悬挂装炉：盘形零件悬挂于淬火防变形工装上，并放置于井式淬火加热炉内；
s02、第一次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件在井式淬火加热炉内加热至650℃,保温2.5h，继续加热至850℃，保温2.5h，再次加热至970℃，保温9h，出炉空冷至室温；
s03、第二次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件再次放入井式淬火加热炉内加热至650℃,保温2.5h，继续加热至850℃，保温2.5h，再次加热至900℃，保温3h，出炉空冷至室温；
s04、淬火：再次将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件放入井式淬火加热炉内加热至650℃,保温2.5h，继续加热至850℃，保温2.5h，再次加热至890℃，保温3h，然后进行油淬，油淬的油温为60℃；
所述步骤s04和s05之间还包括盘形零件清洗步骤，去除盘形零件表面淬火油渍，盘形零件清洗时，清洗剂温度为75℃。
s05、高温回火：将回火校形工装与盘形零件交替叠放后，置于箱式回火炉内分段加热至650℃，保温6h，出炉空冷至室温。
实施例3
一种消除低碳合金钢盘形零件组织遗传且减小变形的热处理方法，包括以下步骤：
s01、盘形零件悬挂装炉：盘形零件悬挂于淬火防变形工装上，并放置于井式淬火加热炉内；
s02、第一次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件在井式淬火加热炉内加热至660℃,保温3h，继续加热至860℃，保温3h，再次加热至1000℃，保温12h，出炉空冷至室温；
s03、第二次正火：将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件再次放入井式淬火加热炉内加热至660℃,保温3h，继续加热至860℃，保温3h，再次加热至930℃，保温4h，出炉空冷至室温；
s04、淬火：再次将悬挂于淬火防变形工装上的盘形零件放入井式淬火加热炉内加热至660℃,保温3h，继续加热至860℃，保温3h，再次加热至920℃，保温4h，然后进行油淬，油淬的油温为65℃；
所述步骤s04和s05之间还包括盘形零件清洗步骤，去除盘形零件表面淬火油渍，盘形零件清洗时，清洗剂温度为80℃。
s05、高温回火：将回火校形工装与盘形零件交替叠放后，置于箱式回火炉内分段加热至680℃，保温12h，出炉空冷至室温。
应用本发明方法对23crnimov钢材质制动盘零件进行热处理，具体实施过程和实施效果见表1和表2所示。
表1
表2
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。