齿轮是可以用于能将旋转力传输到其他齿轮和/或装置的传动系统中的组件。齿轮可以采用具有齿的圆形轮的形式。所述齿可以与其他齿轮和/或装置上的其他齿接合和/或啮合。这种接合可以允许力在没有滑动的情况下从一个齿轮传递到其他齿轮和/或装置。
齿轮通常用于多种交通工具，例如飞行器。特别地，直升机具有使用齿轮的多个不同的传动系统。例如但不作为限制，直升机具有一个或更多个发动机前端传动箱、中间齿轮传动箱、主传动齿轮箱、尾部螺旋浆传动箱或一些其他适合的齿轮系统。
用于工业和/或航空应用的齿轮通常具有坚固、结实的芯。这种芯被设计为抗裂纹扩展并且抗滚压疲劳损坏。齿轮的表面通常具有坚固的硬化层，该硬化层形成齿轮的齿。这种表面被设计为抗磨损，所述磨损可以产生自齿轮的齿表面倚靠其他齿和/或装置的齿的滑动。
齿轮的这些性质使用多种类型的金属和/或金属合金实现。例如但不作为限制，钢合金处理为在硝化该合金之后淬火和回火该钢合金。除了具有这些类型的性质，还期望减小齿轮的重量，特别是在航空应用的使用中。例如但不作为限制，直升机传动系统中的齿轮可以构成所述系统重量的大约三分之一。
一种方案是使用钛齿轮。与钢合金相比，钛齿轮具有较低的密度，导致较小的重量。然而，目前可用的钛合金齿轮具有比近似尺寸的钢合金齿轮更低的强度。例如但不作为限制，由广泛应用的钛阿尔法-贝塔(alpha-beta)合金(例如Ti-6Al-4V或Ti-6Al-2Sn-4V-2Zr)制成的齿轮具有小于钢合金齿轮的强度的三分之一的强度。
为了补偿这种类型的强度差异，钛合金齿轮可以更厚以补偿更低的强度。然而，这种补偿通常将由钛合金的较低密度引起的重量减轻减小到接近零。进一步地，钛合金齿轮还具有在接合其他齿轮时相对于抗滑动磨损没有钢合金齿轮的表面那么硬的表面。
因此，有利的是提出了一种解决上述一个或更多个问题以及可能的其他问题的方法和设备。
发明内容
在一个有利的实施例中，提供一种用于制造零件的方法。所述零件包含金属合金并且被定位以形成定位零件。电磁场生成以加热定位零件。所述定位零件的表面暴露于惰性气体，同时生成电磁场以在定位零件的外部区段和定位零件的内部区段之间产生反向热梯度，从而形成热处理零件。
在另一个有利实施例中，提供了一种用于制造齿轮的方法。包含金属合金的板在贝塔相域中铸造。所述金属合金选自沉淀的硬化金属合金、亚稳的贝塔钛合金、沉淀的可硬化不锈钢合金和镍基超耐热合金中的一种。所述板是齿轮并且在阿尔法叠加贝塔相域中铸造以在前述贝塔相域中的齿轮之后形成铸造的齿轮形状。在前述阿尔法叠加贝塔相域中的铸造的齿轮形状之后，铸造的齿轮形状在贝塔相域中固溶热处理。铸造的齿轮形状在阿尔法相域中冷却。所述冷却使用空气冷却和水淬中的一种执行以避免阿尔法相沉淀。铸造的齿轮形状被机械加工以形成所述齿轮。该齿轮相对于感应线圈定位在零件保持器上以形成定位齿轮。所述零件保持器、冷却环歧管和感应线圈定位在腔室中。电磁场由感应线圈生成。电磁场具有从约1赫兹到约10,000赫兹的频率以及在定位齿轮中生成涡流的强度以在发生沉淀硬化的阿尔法叠加贝塔相域中将定位齿轮加热到选定温度。所述频率基于齿轮的深度选择。定位齿轮的齿表面暴露于惰性气体中，同时生成电磁场以在定位齿轮的外部和定位齿轮的内部之间产生反向热梯度，从而形成热处理齿轮。热处理齿轮具有分级沉淀硬化微结构，并且热处理齿轮的外部比热处理齿轮的内部更硬。所述热处理齿轮被研磨。激光喷丸在热处理齿轮的表面上执行以将热处理齿轮的表面置于压力中。涂层沉积在齿轮的齿表面上以形成涂覆的齿表面。涂层包括选择自物理气相沉积氮化钛、电镀碳化镍和高速氧燃料沉积的碳化钨-钴中的一种材料。齿轮的涂覆的齿表面是剖光的。所述齿轮能够用在选择自移动平台、静止平台、基于陆地的结构、基于水体的结构、基于空间的结构、飞行器、直升机、水面舰艇、坦克、人员运输车、火车、太空船、潜水艇、公共汽车、客车、赛车、赛船、压床、传动装置、水坝和制造设备中的一种的物体中。
在另一个有利实施例中，设备包括腔室、感应线圈和气体传输系统。所述感应线圈能够生成位于腔室中的电磁场。所述气体传输系统可以连续地将惰性气体传输到腔室中的零件的表面上，同时生成电磁场，从而在所述零件中建立反向热梯度。
所述特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地获得或者可以结合在其他实施例中，其中进一步的细节可以参考以下说明和附图而获知。

确信为有利实施例的特性的新颖性特征在所附权利要求中提出。然而，当结合附图阅读时，有利实施例以及优选的使用模式、进一步的目的及其优点将通过参考本公开的有利实施例的以下详细说明被最好地理解，其中：
图1是说明了根据有利实施例的飞行器制造和服务方法的视图；
图2是飞行器的视图，其中可以实施有利实施例；
图3是根据有利实施例的制造环境的框图；
图4是根据有利实施例的反向梯度热处理系统的视图；
图5是根据有利实施例的反向梯度热处理系统中的腔室的剖面俯视图的视图；
图6是根据有利实施例的具有齿轮的腔室的一部分的视图；
图7是根据有利实施例的齿轮的一部分的剖面图的视图；
图8是说明了根据有利实施例的具有可以用于制造齿轮的多种老化处理的沉淀硬化Ti-10V-2Fe-3Cr合金的典型机械性质的视图；
图9是说明了根据有利实施例用于钛合金的制造顺序的视图；
图10是根据有利实施例用于制造零件的处理的流程图；以及
图11是根据有利实施例用于制造齿轮形式的零件的处理的流程图。

更特别地参考附图，本公开的实施例可以在图1所示的飞行器制造和服务方法100以及图2所示的飞行器200的背景下进行说明。首先参考图1，根据有利实施例描述了说明飞行器制造和服务方法的视图。在预生产期间，示例性的飞行器制造和服务方法100可以包括图2中的飞行器200的说明和设计102以及材料获取104。
在生产期间，进行图2中的飞行器200的组件和子装配制造106以及系统合成108。此后，图2中的飞行器200可以经历验证和运输110以便置于服务112中。当服务客户时，图2中的飞行器200被制定例行维护和服务114，其可包括改进、重构、重新磨光以及其他维护或服务。
飞行器制造和服务方法100的每个处理可以由系统合成者、第三方和/或操作者执行或实现。在这些示例中，操作者可以是客户。为了这种说明的目的，系统合成者可以包括但不限于任意数量的飞行器厂商和主系统子承包人；第三方可以包括但不限于任意数量的卖主、子承包人和供应商；并且操作者可以是航空，租赁公司、军事实体、服务机构等。
现在参考图2，描述了飞行器的视图，其中可以实施有利实施例。在本示例中，飞行器200由图1中的飞行器制造和服务方法100生产并且可以包括具有多个系统204和内部206的机身202。系统204的示例包括一个或更多个推进系统208、电系统210、液压系统212和环境系统214。飞行器200可以采用多种形式。例如，飞行器200可以是飞机、直升机或一些其他适当类型的飞行器。可以包括任意数量的其他系统。虽然显示了航空的示例，但不同的有利实施例可以应用于其他工业，例如汽车工业。
本文记载的设备和方法可以在图1中的飞行器制造和服务方法100的任意一个或更多个阶段中应用。例如，在图1中的组件和子装配制造106中生产的组件或子装配可以与飞行器200在图1中的服务112中时生产的组件或子装配类似的方式制作或制造。
同样，一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合可以通过例如但不限于充分加速飞行器200的装配或减少飞行器200的成本而使用在生产阶段中，所述生产阶段例如图1中的组件和子装配制造106和系统合成108。同样，当飞行器200在图1中的服务112或维护和服务114期间时，可以使用一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合。
考虑不同的有利实施例并且意识到期望具有可以用于制造例如齿轮等零件的轻量材料。不同的有利实施例意识到并考虑到期望获得具有内部的齿轮，该内部可以在承受负载时避免断裂，例如来自可以安装齿轮于其上的轴状物的齿轮。
不同的有利实施例同样考虑并意识到期望获得具有外部的齿轮，该外部足够坚硬以在接合其他齿轮时抵抗磨损。进一步地，不同的有利实施例意识到并考虑期望获得具有表面的齿轮，该表面能够以允许除改进的磨损以外的改进的摩擦阻力的方式接合其他齿轮。
因此，不同的有利实施例提供了用于制造零件的方法。包含金属合金的零件被定位。生成加热定位零件的电磁场。进一步地，定位零件的表面暴露于惰性气体，同时生成电磁场以在定位零件的表面和定位零件的内部之间产生热梯度，从而形成热处理零件。
现在参考图3，描述了根据有利实施例的制造环境的框图。制造环境300可以用于制造飞行器零件，例如图2中的飞行器200。
在这种说明性示例中，制造环境300用于处理金属合金302。金属合金302可以采用不同形式。例如但不作为限制，金属合金302可以是沉淀硬化合金304。换句话说，金属合金302可以选择为可以通过沉淀硬化而强化和/或硬化的金属合金。沉淀硬化合金304是能够被热处理以形成沉淀305的金属合金。
在这些说明性示例中，沉淀305强化了沉淀硬化合金304。沉淀硬化是一种热处理，其中例如但不限于粒子307的沉淀物产生自沉淀硬化合金304的过饱和固溶相。过饱和固溶相是一种相，其中溶液包含比能够溶解在该溶液中的粒子更多的溶解粒子。这些粒子还被称作第二相粒子311。
沉淀物305增大沉淀硬化合金304中的强度和硬度。沉淀物305可以阻止位错移动和/或沉淀硬化合金304的晶格中的缺陷。沉淀物305形成在沉淀的粒子热动力稳定的温度下。沉淀物305可以是例如但不限于粒子307和/或第二相粒子311。
在这些描述的示例中，沉淀硬化合金304是例如但不限于贝塔钛合金306。贝塔钛合金306在这些示例中采用亚稳的贝塔钛合金308的形式。亚稳的贝塔钛合金308可以包括贝塔钛稳定剂309。贝塔钛稳定剂309是能够将亚稳的贝塔钛合金308的高温贝塔相稳定到较低温度的任意元件。例如但不作为限制，贝塔钛稳定剂309可以是钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)、铬(Cr)和/或铁(Fe)。
金属合金302可以包括例如但不限于钛合金310、不锈钢合金312、镍基合金314和其他适当的沉淀可硬化金属合金。钛合金310可以是例如任意亚稳的贝塔钛合金。不锈钢合金312和镍基合金314可以分别使用任意沉淀硬化的不锈钢合金和任意沉淀硬化的镍基合金而实现。在这些说明性示例中，钛合金310可以是例如但不限于Ti-10V-2Fe-3Cr、Ti-5Mo-5V-5Al-3Cr、Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al和/或任意其他适当的贝塔钛合金。
金属合金302采用板316的形式。板316可以具有各种形状。例如，板316可以是圆形、矩形、方形和/或其他一些适当形状。进一步地，板316可以基于特定实施方式具有各种厚度。板316在这些示例中的铸造系统318内被处理。
在这种说明性示例中，铸造系统318可以包括熔炉320和冲压器322。熔炉320加热板316以允许使用冲压器322使板316成形。冲压器322将板316成形为零件326的形状324。在这些示例中，零件326可以是例如但不限于齿轮328。
机械工具330将形状324机械加工为零件326的尺寸以形成机械加工的零件332。机械工具330可以是能够产生期望的零件326的尺寸的任意机械工具。机械工具330可以是例如但不限于刨平工具、磨碎工具、钻孔工具、研磨工具、剖光工具和/或其他一些工具的组合。
机械加工的零件332使用反向梯度热处理系统334处理。在所描述的示例中，反向梯度热处理系统334用于执行机械加工的零件332内的沉淀硬化合金304的沉淀硬化。反向梯度热处理系统334用于执行老化和/或时效硬化以进一步控制最终结构并导致机械加工的零件332的机械性质。
反向梯度热处理系统334包括感应加热器336、惰性气体系统338、真空泵339和腔室340。感应加热器336包括电力单元342和感应线圈344。电力单元342可以包括例如但不限于电容器、变压器和/或其他适当的装置。感应线圈344位于腔室340内并且在所描述的示例中还被称作电感器。
电力单元342能够生成具有不同频率的电力348。例如但不限于电力单元342生成具有频率350的电力348。电力348被发送到感应线圈344以生成电磁场346。在这些示例中，频率350可以在大约1赫兹至大约10,000赫兹间变化。所使用的频率和可以获得的频率基于电力单元342的实施方式而变化。电力单元342将冷却水供应到感应线圈344以将感应线圈344保持在较低温度以便产生较小的电阻损耗。
零件保持器352提供在腔室340内。真空泵339在腔室340内产生真空353。惰性气体系统338包括气体供应单元354和气体传输系统356。气体供应单元354可以将由气体传输系统356传输的惰性气体358存储到腔室340中。
真空泵339在腔室340中产生真空353。气体传输系统356将惰性气体358传输到具有真空353的腔室340中。真空泵339产生真空353。这种处理可以在处理定位零件366之前被重复多次。
在所描述的这种示例中，气体传输系统356采用冷却环歧管360的形式。冷却环歧管360可以由管状物形成，在感应线圈344冷却后，该管状物硬焊或熔接到感应线圈344。冷却环歧管360可以包含热和电的良导体的材料。例如但不限于，具有低电阻率的铜和铜合金可以用于形成冷却环歧管360。
机械加工的零件332定位在腔室340内的零件保持器352上以作为定位零件366。当具有频率350的电力348被提供到感应线圈344时，电磁场346加热定位零件366。这种加热发生在内部368而非表面370并且扩散到定位零件366的内部368中。
在所描述的示例中，涡流372由定位零件366的内部368中的电磁场346生成。涡流372在定位零件366的内部368中引起焦耳热374。定位零件366的表面370暴露于具有在表面370上流动的喷出的惰性气体358形式的惰性气体358。
虽然电磁场346由冷却环歧管360生成，但惰性气体358通过冷却环歧管360传输到定位零件366的表面370上。惰性气体358可以冷却定位零件366的表面370。在所描述的示例中，当发生加热时，表面370持续暴露于惰性气体358一定时间周期。所述时间周期可以是电磁场346被供应到定位零件366的全部时间，或者是将电磁场346应用到定位零件366期间和之后，电磁场346被供应到定位零件366的一部分时间。
执行这种加热和冷却以产生反向热梯度376。与表面370相比，反向热梯度376具有深入到内部368中的增大的温度。
定位零件366的这种处理形成热处理零件378，其是定位零件366中沉淀硬化合金304的沉淀硬化的产物。此后，热处理零件378使用研磨工具380处理。在这种示例中，热处理零件378具有分级的沉淀硬化微结构377。分级的沉淀硬化微结构377是热处理零件378内的沉淀物的数量和/或尺寸的变化。
在说明性的示例中，沉淀物的数量增大，并且沉淀物的尺寸自外部的热处理零件378的表面323至热处理零件378的内部321反向地减小。
研磨工具380将热处理零件378研磨至期望尺寸以形成研磨后的零件382。研磨后的零件382使用酸浴系统384处理以形成处理后的零件386。
酸浴系统384处理研磨后的零件382以去除由热处理零件378的研磨和热处理引起的任何金属损坏。在这些示例中，酸浴系统384应用的酸388例如但不限于硝酸(HNO3)和氢氟酸(HF)。
处理后的零件386使用激光喷丸系统390处理。激光喷丸系统390使处理后的零件386涂覆亚光黑色涂料391并且之后将激光射束392提供到汽化的亚光黑色涂料391。亚光黑色涂料391的激光汽化可以在水层下执行。这种处理在处理后的零件386的表面370上和/或周围产生压力393。压力393可以帮助避免可能在使用处理后的零件386期间发生的老化。
在这些示例中，激光喷丸系统390可以应用能够在处理后的零件386上产生期望大小的压力的任何激光。
加工零件394之后使用涂覆系统395处理。涂覆系统395在加工零件394上形成涂层396以形成涂覆零件397。
涂层396提供改进的耐磨损性和耐摩擦性。在这些示例中，涂层396可以采用多种形式。例如但不限于，涂层396可以包含选择自物理气相沉积氮化钛、电镀碳化镍和/或高速氧燃料沉积的碳化钨-钴中的一种材料。
涂覆零件397可以使用剖光器398剖光以形成完成的零件399。完成的零件399之后可以用在图2中的飞行器200内或其他一些使用齿轮的适当物体。
图3中的制造环境300的说明不意味着暗示对不同的有利实施例可以实施的方式的物理或构造限制。可以使用除了在制造环境300中说明的组件以外的或者用于替换制造环境300中说明的组件的其他组件。进一步地，制造环境300中的一些组件可以省略。
例如但不作为限制，在一些有利实施例中，锤击系统可以用于替换铸造系统318中的冲压器322。在其他有利实施例中，锤击系统可以结合冲压器322使用。在另一个说明性的示例中，在一些有利实施例中，除感应加热器336以外额外的感应加热器可以被提供以处理多个零件。
进一步地，在一些有利的实施例中，铸造系统318可以是非必须的。对于这种类型的实施方式，制造环境300可以开始于部分完成的零件。在其他有利的实施例中，基于用于涂层396的材料的类型，剖光器398可以是非必须的。
现在参考图4，根据有利的实施例描述了反向梯度热处理系统的视图。在本示例中，反向梯度热处理系统400是用于图3中的反向梯度热处理系统334的一个实施方式的示例。
在这种说明性的示例中，反向梯度热处理系统400包括电源402、惰性气体源404、腔室406、感应线圈408、冷却环歧管410、零件保持器412和真空泵414。惰性气体源404连接到冷却环歧管410，该冷却环歧管410置于感应线圈408内。感应线圈408连接到电源402。
惰性气体源404将惰性气体416提供到腔室406的内部418中，同时感应线圈408生成电磁场。真空泵414在腔室406内产生真空。进一步地，在本说明性的示例中，真空泵414还去除惰性气体416。真空泵414还去除惰性气体416以减小和/或避免腔室406的增压。
现在参考图5，描述了根据有利实施例的反向梯度热处理系统中的腔室的剖面俯视图。零件500是图3中的定位零件366的示例。在本示例中，零件500采用齿轮502的形式并且定位在腔室406的内部416内的零件保持器412上。惰性气体504散布在齿轮502的表面506上，同时生成电磁场508以加热齿轮502。惰性气体504可以是惰性冷却气体。表面506包括齿轮502的齿表面。
现在参考图6，描述了根据有利实施例的具有齿轮的腔室的一部分的视图。在本描述的示例中，区段600、602和604是从剖面图看去的感应线圈408的一部分。如所示，区段606、608和610是气体传输系统的冷却环歧管的零件。
惰性气体612自开口614、616和618传输以侵入到齿轮502的表面620上。这些开口还被称为喷嘴。惰性气体612冷却表面620，同时齿轮502的内部622由感应线圈408加热，如区段600、602和604所示。
现在参考图7，描述了根据有利实施例的齿轮的一部分的剖面图。在本示例中，齿轮700是图3中的完成的零件399的一部分的示例。
在这种说明性的示例中，齿轮700具有轮704上的齿702。如所说明的，齿轮700具有内部区段706和外部区段708。进一步地，齿轮700还可以具有涂层710，其可以形成在齿轮700的表面712上。
在这种说明性的示例中，外部区段708具有H900机械性质，同时内部区段706具有H1050机械性质。在本说明性的示例中，H1050和H900涉及分别在1050华氏度和900华氏度的温度下对Ti-10V-2Fe-3Cr合金进行一个小时的老化热处理。
在这些说明性的示例中，外部区段708具有厚度714，并且涂层710具有厚度716。在这些示例中，厚度714通常可以是大约0.200英寸，并且厚度716通常可以是大约0.002英寸至0.020英寸。
外部区段708通过使用图3中的反向梯度热处理系统334的沉淀硬化而被硬化或强化。对于相对于内部区段706硬化和/或强化的外部区段708，可以为齿轮700提供增大的耐磨损性。
与外部区段708相比，内部区段706具有更坚韧的内部。换句话说，内部区段706能够以可以避免齿轮700断裂的方式承受负载。例如，轮704可以承受来自其上安装有齿轮700的轴状物的负载。
现在参考图8，描述了说明根据有利实施例的具有可以用于制造齿轮的多种老化处理的沉淀硬化Ti-10V-2Fe-3Cr合金的典型机械性质的视图。在这种说明性的示例中，图表800可以表示具有亚稳贝塔钛合金的图5中的齿轮502的芯性质。在本示例中，图表800可以具有X轴802，其表示最终的抗张强度。Y轴804表示断裂韧度。
如可从本示例中看到的，齿轮502在该齿轮502内部的点806处具有H1050性质并且在该齿轮502外部区段的点808处具有H900性质。在本描述性的示例中，齿轮502的内部具有能够抗龟裂形成和蔓延的强度和/或韧性。换句话说，齿轮502内部的性质抗断裂。齿轮表面的硬度减少擦痕、滑动、粘着磨损和/或可以发生在齿轮表面上的其他类型的磨损。
现在参考图9，描述了说明根据有利实施例用于钛合金的制造顺序的视图。在本描述性的示例中，代表性的钛相视图900是伪二进制相视图。代表性的钛相视图900具有X轴902，其表示贝塔钛稳定剂的百分含量，并且具有Y轴904，其表示温度。
在代表性的钛相视图900中，各域以在平衡态下发现的作为温度和合成物的函数的多个相标识。这些域可以是单相域或双相域。例如，阿尔法相域和贝塔相域可以是单相域。阿尔法叠加贝塔相域可以是双相域。在代表性的钛相视图900中，标识了钛合金的阿尔法相和贝塔相的域。
例如，阿尔法相域906、贝塔相域908和阿尔法叠加贝塔相域910提供在代表性的钛相视图900中。阿尔法相域906和贝塔相域908是具有单相的域，同时阿尔法叠加贝塔相域910是具有阿尔法相和贝塔相混合的域。这些不同的域由线912和914分离。沿线914的温度被称作贝塔转变温度。
在这些示例中，基于所使用的贝塔稳定剂百分含量和/或钛合金310的温度，图3中的钛合金310可以存在于代表性的钛相视图900中的不同相中。
与具体合成物相反，线914上的贝塔转变点915表示对于该合成物的贝塔转变或转换温度。该点表示最低温度，在该最低温度下，钛合金310在平衡态下可以存在100％的贝塔相。低于线914上的贝塔转变点915的温度可以导致钛合金310变为双相域，例如阿尔法叠加贝塔相域910。在类似的方式中，对于具体的合成物，线912上的相应点描绘出最高温度，在该最高温度下，钛合金310可以完整地存在于阿尔法相906中。在高于线912上的这个点的温度下，钛合金可以进入阿尔法叠加贝塔相域910。
主相可以用于特征化钛合金310的类型。例如但不限于，阿尔法相钛合金是可焊的并且具有期望的上升的温度强度。阿尔法叠加贝塔相钛合金将适中的强度与提升的韧度相结合。亚稳的贝塔相钛合金通过其被沉淀硬化的能力可以具有比其他形式的钛更高的抗张强度。
X轴902中的贝塔稳定剂百分含量表示可以添加的可以稳定钛合金310的贝塔相的元素。换句话说，贝塔稳定剂的添加降低了钛合金310可以存在于贝塔相中的温度。
在不同的有利实施例中，钛合金310可以在代表性的钛相视图900中的不同区域中处理。例如但不限于，钛合金310可以是在点916处具有V、Mo和Cr稳定剂内容物的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr。
在这种说明性的示例中，钛合金310在贝塔相域908中的点918处被铸造(操作930)。点918可以处于大约1700华氏度的升高温度下。在铸造期间，钛合金310中的期望微结构可以通过将温度维持在期望点而获得以获取期望的阿尔法叠加贝塔微结构。
此外，减小大约20％至大约30％的变形还可以使用锻锤和/或冲压磨具实现以帮助在阿尔法叠加贝塔区域910内获得期望的微结构。所述钛合金310的内部区段可以允许达到大约1000华氏度至大约1100华氏度的温度。这种温度提供了更低的机械强度和更高的韧度。钛合金310的表面由惰性气体358冷却。
这种冷却允许钛合金310的表面被保持在较低温度。这种较低温度可以从大约800华氏度至大约900华氏度。这种温度提供了贝塔相中的阿尔法相粒子的较精细的沉淀。这种类型的处理引起更高机械强度和/或更高耐磨损性。
现在参考图10，描述了根据有利实施例用于制造零件的处理的流程图。图10中说明的处理可以使用例如图3中的制造环境300的制造环境实施。
所述处理开始于包含金属合金302的定位零件326以形成定位零件366(操作1000)。此后，生成电磁场346以加热定位零件366(操作1002)。定位零件366的表面370暴露于惰性气体358，同时生成电磁场346以在定位零件366的表面370和内部368之间产生反向热梯度376以形成热处理零件378(操作1004)，随后终止所述处理。在这些说明性的示例中，表面370持续暴露于惰性气体358，同时生成电磁场346。热处理零件378在所述外部区段和内部区段之间具有不同的微结构和/或机械性质。
现在参考图11，描述了根据有利实施例用于制造齿轮形式的零件的处理的流程图。图11中说明的处理可以使用例如但不限于图3中的制造环境300的制造环境实施。
所述处理开始于贝塔相域1008中的铸造板316(操作1100)。此后，所述处理在阿尔法叠加贝塔域1010中铸造板316(操作1102)。
在这种说明性的示例中，板316可以采用包含Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr的15英寸×15英寸×3英寸的板的形式。
板316使用贝塔相域1008中的贝塔退火进行热处理(操作1104)。在操作1104中，热处理可以通过将板316的温度增大到贝塔相域1008中的温度而执行。在这些示例中，贝塔退火可以在大于1450华氏度的温度下执行。此后，具有零件326的形状324的板316在整个阿尔法相域1006中进行空气冷却，这引起沉淀(操作1106)。
具有零件326的形状324的板316在整个贝塔相域1006中进行空气冷却，这引起沉淀(操作1107)。阿尔法叠加贝塔域1010是在金属合金302的贝塔相内该金属合金302的阿尔法相粒子可以沉淀出的域。随着温度的降低，更多的阿尔法相粒子沉淀，因为发生在更低温度下的更多的快速成核伴随有慢扩散促使生长。沉淀物的直径较小。
金属合金302被空气淬冷以避免阿尔法相粒子在金属合金302自贝塔相固溶热处理退火而冷却时被沉淀，所述贝塔相固溶热处理退火发生在铸造处理结束时。空气淬冷以不允许沉淀成核的冷却速率执行。这些粒子被保留在金属合金302的贝塔相中的亚稳溶液中，从而使所述元素可以在后续处理期间被沉淀。机械性质的较大的增长在随后的第二沉淀热处理期间产生。在这些示例中，阿尔法相1006可以达到低于大约800华氏度的温度。
执行操作1100至1107以获得零件326的芯中的更高的最小断裂韧度。空气冷却被快速执行以在之后的产生反向热梯度376的处理中在将被沉淀的溶液中保留最大量的阿尔法相(操作1108)。在这些示例中，金属合金302可以被分解入富铝和富钼、富铁、富铬、富钒域中。金属合金302中的富铝域沉淀出具有六边形密集晶体结构的阿尔法相粒子，同时富钒、富铁、富铬和富钼域保留体心立方体晶体结构的贝塔相。
金属合金302在固溶热处理后被称作亚稳的贝塔并且快速冷却，因为金属合金302具有全部贝塔钛体心立方体晶体结构。在室温下，贝塔相1008是这种合成物的热动力地最稳定的状态，该状态为阿尔法叠加贝塔域1010。术语“快速”涉及华氏度/秒的冷却速率，金属合金302可以具有该冷却速率以避免在从贝塔溶液退火冷却到室温的过程中阿尔法相的成核。抑制成核所需的速率转化到具有不同的对流热传递系数的冷却介质中以提供需要的冷却速率。
这些冷却介质按其对流热传递系数的排序如下：静止的空气自然对流、受迫的空气对流、盐浴淬火、水浴淬火和盐水浴淬火。例如10V-2Fe-3Cr的金属合金可能要求更严格的水浴淬火以抑制其阿尔法相的成核，同时5Mo-5Al-5V-3Cr仅要求空气淬火。
所述处理将零件326的形状324机械加工为齿轮328的期望尺寸(操作1110)。此后，所述处理通过将零件326暴露于电磁场346而加热处理零件326，同时以某种方式将零件326的表面370暴露于惰性气体358以产生反向热梯度376(操作1112)。在这种操作中，惰性气体可以采用氩的形式。操作1110引起阿尔法相沉淀硬化。在这些说明性的示例中，齿轮328在表面370上具有H900性质并且在齿轮328的内部368中具有H1050性质。
齿轮328的表面370被研磨为期望尺寸(操作1114)。与操作1110中执行的机械加工相比，操作1114可以生成较精细的形状和/或容差。在这些示例中，研磨执行在齿轮328的齿上。所述处理之后使用酸浴系统384将齿轮328暴露于酸388(操作1116)。这种操作去除了可能在操作1112中的研磨期间引起的对齿轮328的金属损坏。进一步地，这种操作还去除了在操作1110中执行的热处理留下的氧化膜和阿尔法罩(alpha case)。
在这些示例中，酸可以是例如硝酸(HNO3)和/或氢氟酸(HF)，这些酸用于去除在热处理期间由于不纯的惰性气体而产生的任何有害的阿尔法罩或氧化物膜。在高于700华氏度的温度下，钛合金可以与惰性气体中的不纯的氧气快速而剧烈地反应，从而以可以稳定被称作阿尔法罩的表面上的钛合金的易碎六边形密集阿尔法相的形式溶解钛合金的晶格内的氧原子。可替换地，钛合金可以以某种方式与惰性气体中的不纯的氧气快速而剧烈地反应，从而当环境中的氧相当丰富时，灰度氧化物(TiO2)膜可以形成在所述表面上。
当熔炉中具有空气时，环境中的氧被认为是相当充足。钛合金的易碎的阿尔法(富氧)相形成在两个罩的表面上。如果这种钛合金的相不从所述表面去除，则所述组件的延展性和断裂韧度可能不佳。
所述膜和阿尔法相通过在酸浴中溶解膜和阿尔法相而去除。这种酸浴的浓度被稀释从而使所述膜和阿尔法相可以被去除。在这些示例中，所述酸可以是例如硝酸(HNO3)和/或氢氟酸(HF)。
所述处理之后使齿轮328的表面370涂覆亚光黑色涂料391(操作1118)。所述处理之后使表面370暴露于激光射束392(操作1120)。操作1120被执行以将表面370置于残余压力中，例如但不限于压力393。这种残余压力可以减小和/或避免可能因接触其他齿轮而引起的老化。在这些说明性的示例中，执行激光喷丸可以提供大约180KSI的残余压力。
所述处理之后使齿轮328的齿涂覆涂层396(操作1122)。涂层396还被称作磨损涂层并且可以是例如但不限于物理气相沉积氮化钛、电镀碳化镍和/或高速氧燃料沉积的碳化钨-钴。这种操作可以用于高速氧燃料碳化钨-钴涂层。
所述处理之后剖光涂层396(操作1124)，之后终止所述操作。
图10和11中说明的不同操作不意味着暗示限制可以实施不同的有利实施例的方式。所描述的不同实施例中的流程图和框图说明了设备和方法的一些可行实施方式的构造、功能和操作。这样，流程图和框图中的每个框可以表示模块、分段或部分，其包括用于实施指定的一个或多个功能的一个或多个可执行的操作。
在一些可替换的实施方式中，在框中标注的一个或多个功能可以以图中标注的顺序之外的顺序发生。例如，在一些情况下，基于所需的功能，连续显示的两个框可以基本同时执行，或者所述框有时可以以相反的顺序执行。
例如，在一些有利的实施例中，基于涂层的类型，剖光可能是不必须的。在其他有利的实施例中，如果零件已被部分处理，则铸造操作可以是不必须的，例如用于一些不太重要的应用的镍基或pH不锈粉盒。
作为另一个示例，在其他有利的实施例中，残余的压力可以使用除激光喷丸以外的其他机构置于零件的表面上。例如但不限于，可以使用可以将组件的表面置于残余的压力中的任何处理。例如但不限于，还可以使用机械工具替代激光喷丸来磨光所述表面。
提出不同的有利实施例的说明以用于说明和描述目的，并且不意图将实施例穷举或限制为公开的形式。许多修改和变化对本领域的普通技术人员是显然的。虽然关于制造齿轮说明了不同的有利实施例，但所述不同的有利实施例可以应用于制造其他类型的零件。
其他类型的零件包括例如但不限于，轴状物、曲轴、阀、凸轮、凸轮轴、推进器、飞轮和/或其他一些适当的零件。进一步地，关于用于例如直升机等飞行器的制造零件说明了不同的有利实施例。不同的有利实施例可以应用于除飞行器以外的其他类型的物体。
例如，不同的有利实施例可以应用于的物体例如但不限于，移动平台、静止平台、基于陆地的结构、基于水体的结构、基于空间的结构、飞行器、直升机、水面舰艇、坦克、人员运输车、火车、太空船、潜水艇、公共汽车、客车、赛车、赛船、压床、传动装置、水坝、制造设备和/或其他一些适当的物体。
进一步地，与其他有利实施例相比，不同的有利实施例可以提供不同的优点。所选定的一个或多个实施例被选择和说明以便最好地解释实施例的原理、实际的应用、并且促使本领域的其他普通技术人员理解适于预期的特定应用的具有多种修改的不同实施例的公开。