1.本发明属于传动齿圈技术领域，具体为一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺。
背景技术：2.航空发动机传动齿圈的热处理工艺为：在高温930摄氏度下渗碳15个小时，之后再室温下空冷直至冷到室温，在650摄氏度下保温8小时，在空气中冷到室温，在820摄氏度下保温3小时，在快速淬火油当中淬火，保温时间为30分钟，淬火结束后，在-75摄氏度下冷冻约2小时，空冷至室温，之后再回火炉里用170摄氏度保温4小时后空冷至室温；
3.而在现有热处理工艺中，制备得到的齿圈壁厚较薄，产品在自然状态下进行热处理，发现产品变形严重，主要表现为椭圆度工艺要求小于0.15mm，实际为0.2-0.3mm，内齿跨棒距缩小量为0.1-0.15mm，实际缩小量为0.5-0.8mm，这样就造成整个产品无法进行后续加工，产品面料报废风险的问题。
技术实现要素：4.本发明的目的就在于为了解决上述背景技术的问题，而提出一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺，将18crnimo7-6材料进行加工，包括以下步骤：
7.s1：将套一块平板抵住传动齿圈的内端面；
8.s2：干燥后的传动齿圈送入加热室进行c-n共渗，将加热室加温，升温过程通入氨气，流量控制为120-170l/h,温度升至620-680℃时停止加温，保温时间7-9h；然后将炉子旋盖打开，点火燃烧；燃烧过程滴入甲醇，滴入量为1.2-1.6l/h，氨气通入量增大至350-360l/h，在空气中冷却至室温；温度升至820-830℃，在炉子无漏气的情况下，保持恒温2-4h；
9.s3：在淬火前，加装一块垫板，抵住传动齿圈的内齿圈顶部；
10.s4：在快速淬火油当中淬火，保温时间为30分钟；
11.s5：淬火结束后，在-60
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80℃下冷冻2小时，空冷至室温，之后再回火炉里用170℃保温4小时后空冷至室温；得到航空发动机传动齿圈。
12.作为本发明进一步的方案：在s1前，将检测表面无损伤缺陷的传动齿圈进行清洗后装炉干燥,干燥时间为18min。
13.作为本发明进一步的方案：18crnimo7-6材料由以下原料按重量百分比制备而成：c0.15-0.20％，si0-0.4％，mn0.50-0.90％，p0-0.020％，s0-0.020％，cr1.50-1.80％，ni1.40-1.70％，mo0.25-0.30％，al0.02-0.04％，v0-0.05％，cu0-0.30％，铁基增强材料1.20-1.60％，近零膨胀材料1.33-2.14％，余量为铁；
14.其中，1.44％≤cr-c≤1.48％，1.68％≤铁基增强材料+近零膨胀材料≤2.89％。
15.作为本发明进一步的方案：铁基增强材料的制备工艺，包括以下步骤：
16.步骤1：在球磨罐中加入20g的alsi、10铁粉和100g磨球，球磨运转时间为4小时，球磨机转速为300rpm；
17.步骤2：向球磨罐中加入100g磨球、50g粉末和含量为0.5wt％的cnts，转速设定为200rpm，同时在罐体中充入高纯ar气；得到铁基增强材料。
18.作为本发明进一步的方案：在步骤2中，球磨机每运转15min、停机5min。
19.作为本发明进一步的方案：球磨运行时间为2小时。
20.作为本发明进一步的方案：该近零膨胀材料的制备工艺，包括以下步骤：
21.步骤一：将zro2、mgo、zno、moo3转移至研钵中，进行研磨，制得样品生料粉末；
22.步骤二：使用粉末压片机将每种样品生料粉末压成2mm厚薄片；
23.步骤三：将样品片放入高温管式炉中进行烧结；降温至室温，获得近零膨胀材料。
24.作为本发明进一步的方案：步骤一中，摩尔比zro2、mgo、zno、moo3为1.8-2:0.8-1.0:0.8-1.0：2.8-3.0。
25.作为本发明进一步的方案：步骤一中，研磨半小时后向研钵中加入酒精并没过原料，然后湿磨样品至干燥，再研磨一个小时。
26.作为本发明进一步的方案：步骤三中，以5k/min的升温速率将高温炉加热至1073-1100k，保温5h。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.本发明根据产品和垫板的热膨胀系数不一样，故在产品涨大时，垫板才刚刚涨大，在产品收缩时，垫板还在涨大状态，故可以有效地减少内齿圈的缩小量；同时又因为加装了垫板，增大了产品总体刚性，也使产品的椭圆得到了有效改善；在热处理结束之后发现，产品在工艺要求范围之内；本发明根据不同产品的热胀冷缩规律，不同的膨胀系数；合理利用垫板增加产品强度，并且干预产品在高温和冷却下的体积变化；
29.本发明将该铁基复合材料对应加入到18crnimo7-6材料中，将有效提高18crnimo7-6材料的弹性模量，从而提高18crnimo7-6材料抵抗弹性变形能力，进而提高航空发动机传动齿圈在热处理工艺中防变形的能力；
30.本发明利用负热膨胀材料来抵消18crnimo7-6材料在温度升高时产生的体积增加，从而有效降低18crnimo7-6材料的膨胀系数，进一步提高航空发动机传动齿圈在热处理工艺中防变形的能力。
附图说明
31.图1为一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工装的结构示意图；
32.图2为一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工装中限位柱的结构示意图；
33.图3为一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工装的剖面结构示意图；
34.图4为图1中a处的结构放大图。
35.图中标号：1、限位柱；2、内孔；3、减轻孔；4、沿边；5、支撑台；6、阻挡板；7、定位杆；8、复位弹簧；9、拉环；10、定位孔。
具体实施方式
36.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺，将18crnimo7-6材料进行加工，包括以下步骤：
39.s1：将检测表面无损伤缺陷的传动齿圈进行清洗后装炉干燥,干燥时间为10min；
40.s2：将套一块平板抵住传动齿圈的内端面；
41.s3：干燥后的传动齿圈送入加热室进行c-n共渗，将加热室加温，升温过程通入氨气，流量控制为120l/h,温度升至620℃时停止加温，保温时间7h；然后将炉子旋盖打开，点火燃烧；燃烧过程滴入甲醇，滴入量为1.2l/h，氨气通入量增大至350l/h，在空气中冷却至室温；温度升至820℃，在炉子无漏气的情况下，保持恒温2h；
42.s4：在淬火前，加装一块垫板，抵住传动齿圈的内齿圈顶部；
43.在此需要注意，垫板安装时需先测量传动齿圈的内齿圈的顶圆直径，做垫板的时候垫板需比齿顶圆大0.5mm，装配时内齿圈先加热到180℃，再把垫板压进内齿里面；
44.s4：在快速淬火油当中淬火，保温时间为30分钟；
45.s5：淬火结束后，在-80℃下冷冻约2小时，空冷至室温，之后再回火炉里用170℃保温4小时后空冷至室温；得到航空发动机传动齿圈。
46.实施例2
47.一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺，将18crnimo7-6材料进行加工，包括以下步骤：
48.s1：将检测表面无损伤缺陷的传动齿圈进行清洗后装炉干燥,干燥时间为14min；
49.s2：将套一块平板抵住传动齿圈的内端面；
50.s3：干燥后的传动齿圈送入加热室进行c-n共渗，将加热室加温，升温过程通入氨气，流量控制为150l/h,温度升至650℃时停止加温，保温时间8h；然后将炉子旋盖打开，点火燃烧；燃烧过程滴入甲醇，滴入量为1.4l/h，氨气通入量增大至355l/h，在空气中冷却至室温；温度升至825℃，在炉子无漏气的情况下，保持恒温3h；
51.s4：在淬火前，加装一块垫板，抵住传动齿圈的内齿圈顶部；
52.s4：在快速淬火油当中淬火，保温时间为30分钟；
53.s5：淬火结束后，在-70℃下冷冻约2小时，空冷至室温，之后再回火炉里用170℃保温4小时后空冷至室温；得到航空发动机传动齿圈。
54.实施例3
55.一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工艺，将18crnimo7-6材料进行加工，包括以下步骤：
56.s1：将检测表面无损伤缺陷的传动齿圈进行清洗后装炉干燥,干燥时间为18min；
57.s2：将套一块平板抵住传动齿圈的内端面；
58.s3：干燥后的传动齿圈送入加热室进行c-n共渗，将加热室加温，升温过程通入氨
气，流量控制为170l/h,温度升至680℃时停止加温，保温时间9h；然后将炉子旋盖打开，点火燃烧；燃烧过程滴入甲醇，滴入量为1.6l/h，氨气通入量增大至360l/h，在空气中冷却至室温；温度升至830℃，在炉子无漏气的情况下，保持恒温4h；
59.s4：在淬火前，加装一块垫板，抵住传动齿圈的内齿圈顶部；
60.在此需要注意，垫板安装时需先测量传动齿圈的内齿圈的顶圆直径，做垫板的时候垫板需比齿顶圆大0.5mm，装配时内齿圈先加热到180摄氏度，在把垫板压进内齿里面；
61.s5：在快速淬火油当中淬火，保温时间为30分钟；
62.s6：淬火结束后，在-80℃下冷冻约2小时，空冷至室温，之后再回火炉里用170℃保温4小时后空冷至室温；得到航空发动机传动齿圈。
63.综合实施例1-3，本发明设计外部工装对传动齿圈的变形进行一个强制干预，前期热处理渗碳方法一样，渗碳出来后对热处理齿圈进行一个测量，发现内齿圈变形量在图纸范围内，但也到了极限，故在高温回火的时候先套一块平板抵住内齿的端面，防止继续缩小，在高温回火后我们发现因为产品壁薄首先膨胀和收缩，但平板较厚，膨胀和收缩的慢，在高温回火后发现内齿圈反而涨回到以前的尺寸，之后再淬火时又为了防止产品收缩，在淬火前在加装一块垫板，抵住内齿圈顶部，在淬火时候产品和垫板整体加热，这里因为产品和垫板的热膨胀系数不一样，故在产品涨大时，垫板才刚刚涨大，在产品收缩时，垫板还在涨大状态，故可以有效地减少内齿圈的缩小量；同时又因为加装了垫板，增大了产品总体刚性，也使产品的椭圆得到了有效改善；在热处理结束之后发现，产品在工艺要求范围之内；本发明根据不同产品的热胀冷缩规律，不同的膨胀系数；合理利用垫板增加产品强度，并且干预产品在高温和冷却下的体积变化；解决在现有热处理工艺中，制备得到的齿圈壁厚较薄，产品在自然状态下进行热处理，发现产品变形严重，主要表现为椭圆度工艺要求小于0.15mm，实际为0.2-0.3mm，内齿跨棒距缩小量为0.1-0.15mm，实际缩小量为0.5-0.8mm，这样就造成整个产品无法进行后续加工，产品面料报废风险的问题。
64.实施例4
65.与实施例1-3不同之处，18crnimo7-6材料由以下原料按重量百分比制备而成：c0.15％，si0％，mn0.50％，p0％，s0％，cr1.50％，ni1.40％，mo0.25％，al0.02％，v0％，cu0％，铁基增强材料1.20％，近零膨胀材料1.33％，余量为铁；
66.其中，1.44％≤cr-c≤1.48％，1.68％≤铁基增强材料+近零膨胀材料≤2.89％；
67.其中，铁基增强材料的制备工艺，包括以下步骤：
68.步骤1：在球磨罐中加入20g的alsi、10铁粉和100g磨球，球磨运转时间为4小时，球磨机转速为300rpm；
69.步骤2：在完成预球磨后，将球磨罐体内多余的粉末用粗网筛倒出，然后进行球磨工艺；球磨罐中加入100g磨球、50g粉末和含量为0.5wt％的cnts，转速设定为200rpm，球磨机每运转15min、停机5min，同时在罐体中充入高纯ar气；球磨实际运行时间2小时后停机，得到铁基增强材料；
70.其中；预球磨的目的是在罐体内壁和磨球表面均匀覆盖上金属粉末，避免罐体和磨球的杂质污染；
71.本发明通过球磨法制备出铁基增强材料，使得cnts在金属粉末中具有很好的分散性，且该铁基增强材料弹性模量极高(e＝0.4-4.5tpa，平均值1.8tpa)且热稳定性好，将其
加入镁合金中，具有强化细晶、应力转移、位错和热残余应力等作用，有利于改善铁合金强度和弹性模量等力学性能，提高铁基复合材料弹性模量；而将该铁基复合材料对应加入到18crnimo7-6材料中，将有效提高18crnimo7-6材料的弹性模量，从而提高18crnimo7-6材料抵抗弹性变形能力，进而提高航空发动机传动齿圈在热处理工艺中防变形的能力；而其中增强al基材料的制备工艺，其可以有效提高cnts在基体中均匀分散性；其将进一步提高复合材料弹性模量增幅。
72.实施例5
73.与实施例4不同之处，18crnimo7-6材料由以下原料按重量百分比制备而成：c0.18％，si02％，mn0.70％，p0.010％，s0.010％，cr1.60％，ni1.60％，mo0.28％，al0.03％，v0.04％，cu0.20％，铁基增强材料1.40％，近零膨胀材料1.82％，余量为铁；
74.其中，1.44％≤cr-c≤1.48％，1.68％≤铁基增强材料+近零膨胀材料≤2.89％。
75.实施例6
76.与实施例4不同之处，18crnimo7-6材料由以下原料按重量百分比制备而成：c0.20％，si0.4％，mn0.90％，p0.020％，s0.020％，cr1.80％，ni1.70％，mo0.30％，al0.04％，v0.05％，cu0.30％，铁基增强材料1.60％，近零膨胀材料2.14％，余量为铁；
77.其中，1.44％≤cr-c≤1.48％，1.68％≤铁基增强材料+近零膨胀材料≤2.89％。
78.实施例7
79.该近零膨胀材料的制备工艺，包括以下步骤：
80.步骤1：按照摩尔比zro2、mgo、zno、moo3为1.8:0.8:0.8：2.8；将zro2、mgo、zno、moo3转移至研钵中，首先用研磨棒轻轻混合均匀并研磨半小时，研磨半小时以后向研钵中加入酒精并没过原料，然后湿磨样品至干燥，再研磨一个小时后可制得样品生料粉末；
81.步骤2：使用粉末压片机将每种样品生料粉末压成2mm厚薄片；
82.步骤3：使用高温管式炉烧结样品；放入样品前，检查确保炉腔内无杂质，将样品片放入高温管式炉中央；而后设置程序开启高温炉，并以5k/min的升温速率将高温炉加热至1073k，保温5h后样品随炉体降温至室温，获得目标产物。
83.实施例8
84.该近零膨胀材料的制备工艺，包括以下步骤：
85.步骤1：按照摩尔比zro2、mgo、zno、moo3为1.9:0.9:0.9：2.9；将zro2、mgo、zno、moo3转移至研钵中，首先用研磨棒轻轻混合均匀并研磨半小时，研磨半小时以后向研钵中加入酒精并没过原料，然后湿磨样品至干燥，再研磨一个小时后可制得样品生料粉末；
86.步骤2：使用粉末压片机将每种样品生料粉末压成2mm厚薄片；
87.步骤3：使用高温管式炉烧结样品；放入样品前，检查确保炉腔内无杂质，将样品片放入高温管式炉中央；而后设置程序开启高温炉，并以5k/min的升温速率将高温炉加热至1085k，保温5h后样品随炉体降温至室温，获得目标产物。
88.实施例9
89.该近零膨胀材料的制备工艺，包括以下步骤：
90.步骤1：按照摩尔比zro2、mgo、zno、moo3为2:1.0:1.0：3.0；将zro2、mgo、zno、moo3转移至研钵中，首先用研磨棒轻轻混合均匀并研磨半小时，研磨半小时以后向研钵中加入酒精并没过原料，然后湿磨样品至干燥，再研磨一个小时后可制得样品生料粉末；
91.步骤2：使用粉末压片机将每种样品生料粉末压成2mm厚薄片；
92.步骤3：使用高温管式炉烧结样品；放入样品前，检查确保炉腔内无杂质，将样品片放入高温管式炉中央；而后设置程序开启高温炉，并以5k/min的升温速率将高温炉加热至1100k，保温5h后样品随炉体降温至室温，获得目标产物。
93.本发明利用负热膨胀材料来抵消18crnimo7-6材料在温度升高时产生的体积增加，从而有效降低18crnimo7-6材料的膨胀系数，进一步提高航空发动机传动齿圈在热处理工艺中防变形的能力。
94.对比例1
95.材料为普通18crnimo7-6，原料中不含有铁基增强材料和近零膨胀材料，热处理工艺为常规的渗碳淬火。
96.对比例2
97.材料为普通18crnimo7-6，原料中不含有铁基增强材料和近零膨胀材料，热处理工艺采用实施例1中的步骤；
98.对比例3
99.材料为实施例中的18crnimo7-6，热处理工艺为常规的渗碳淬火；
100.测试例1
101.将本发明实施例4-6和对比例1-3制得的航空发动机传动齿圈进行性能测试，结果见表1。
[0102] 椭圆度内齿跨棒距缩小量实施例40.05mm0.10mm实施例50.06mm0.11mm实施例60.04mm0.12mm对比例10.28mm0.8mm对比例20.13mm0.14mm对比例30.11mm0.14mm
[0103]
由实施例4-6和对比例1-3测得数据可以知晓，采用本实施例1中的热处理方式和添加铁基增强材料和近零膨胀材料的18crnimo7-6，在经过处理得到的航空发动机传动齿圈的精圆度和内齿跨棒距缩小量均处于工艺要求范围内，且在新的热处理工艺要求中采用铁基增强材料和近零膨胀材料，使得该航空发动机传动齿圈的精圆度和内齿跨棒距缩小量的变量更小，进一步克服航空发动机传动齿圈在热处理过程中热胀冷缩所导致的变形量。
[0104]
实施例10
[0105]
请参阅图1-4，一种航空发动机传动齿圈防变形热处理工装，包括限位柱1，限位柱1的中心部位贯穿开设有内孔2，限位柱1下部外沿设置有沿边4，沿边4上设有压紧机构，压紧机构包括支撑台5和阻挡板6，支撑台5的数量为四个，四个支撑台5等间隔设置，每个支撑台5上均滑动连接有阻挡板6，压紧机构还包括定位杆7、复位弹簧8和定位孔10，阻挡板6上滑动安装有定位杆7，定位杆7的外部套设有复位弹簧8，复位弹簧8顶端与定位杆7内顶壁固定连接，复位弹簧8底端与阻挡板6外表面连接，支撑台5上等间隔开设有多个定位孔10，定位杆7底端插接在定位孔10的内部，能够压紧内齿圈外端面，起到很好的定位效果，防止内齿圈在热处理过程中出现膨胀变形；
[0106]
其中,限位柱1上开设有多个减轻孔3，多个减轻孔3以内孔2为中心并呈环形阵列设置，为了弥补淬火时冷却速度；
[0107]
限位柱1和阻挡板6均为低合金钢材质，采用低合金钢材质具有很好的耐高低温效果，确保在高低温环境下不变形，避免限位柱1和阻挡板6在热处理过程中发生变形；
[0108]
定位杆7为“t”字形结构，定位杆7的顶部固定安装有拉环9，通过拉动拉环9可带动定位杆7位移，进而方便定位杆7的移动；
[0109]
阻挡板6为“l”形结构，阻挡板6的底面设有滑槽，阻挡板6通过滑槽与支撑台5构成滑动连接，通过设置的滑槽使得阻挡板6可在支撑台5上前后滑动；
[0110]
限位柱1的厚度为15-18cm，使得限位柱1壁厚接近内齿圈的壁厚，从而达到加热和冷却一致性；
[0111]
阻挡板6上开设有通孔，定位杆7滑动连接在通孔的内部，通过设置的通孔使得定位杆7可在阻挡板6上滑动；
[0112]
工作时：热处理时将内齿圈放置在工装上，并使限位柱1在内齿圈中，推动阻挡板6沿支撑台5水平滑动，使阻挡板6内侧面与内齿圈外端面紧抵，并通过定位杆7、复位弹簧8和定位孔10的配合对阻挡板6的滑动进行锁定，在淬火时候内齿圈、限位柱1和阻挡板6整体加热，由于限位柱1和阻挡板6为低合金钢材质，使得限位柱1和阻挡板6与内齿圈的热膨胀系数不一样，故在内齿圈涨大时，限位柱1和阻挡板6才刚刚涨大，在内齿圈收缩时，限位柱1和阻挡板6还在涨大状态，有效防止内齿圈渗碳淬火后的热变形。
[0113]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
