鋁基復合材料環形鍛件具有特殊復雜結構形狀，而且非加工表面較多。本研究采用等溫精密模鍛工藝成功試制出了鋁基復合材料大型環形鍛件，鍛件成形質量良好，形狀尺寸大大精化，可節約大量貴重原材料和機加周期。
由于先進航空航天飛行器不斷追求輕量化、長壽命、高能效、高機動性的發展目標，帶動了輕質量、高強度、多功能顆粒增強鋁基復合材料的持續發展。提出的低密度、高比強度、高比模量、低膨脹、高可靠性等優異的綜合性能要求，傳統輕質材料已經很難全面滿足要求，如鋁合金模量低、線膨脹系數較大；鈦合金密度較大、熱導率極低；纖維增強樹脂基復合材料在空間環境下使用易老化等，這嚴重制約了新型飛行器的發展需求。顆粒增強鋁基復合材料經過30 多年的發展，已在國外航空航天領域得到了規模應用，這充分驗證了與鋁合金、鈦合金、纖維樹脂基復合材料等傳統材料相比具有的顯著性能優勢，奠定了顆粒增強鋁基復合材料在材料體系中的地位和競爭態勢。
近年來國內飛機結構件的鋁基復合材料用量不斷增多，對于具有環形等復雜形狀的鋁基復合材料構件，過去常用鋁合金普通模鍛件毛坯經機械加工而成，其材料利用率往往僅有5％左右，90％以上的材料變為切削廢料，機加工周期長且效率低，更是無法滿足批量生產的需求。高性能鋁基復合材料是實現先進飛行器輕量化的理想材料。美國DWA公司研制的SiCp/Al 結構復合材料規模應用于飛機、直升機等承力關鍵結構件就證實了這一點。
等溫鍛造是一種先進優異的鍛造工藝，它可以使鋁基復合材料等難變形材料在相對恒定的變形溫度下，以極低的變形速率，一火次成形出形狀復雜的、接近零件形狀的精密模鍛件。這樣的精密模鍛件僅需要少量或局部機械加工即可裝配使用，材料利用率高，組織性能好，當具有批量生產規模時，可獲得顯著的經濟效益。本文采用等溫精密模鍛工藝試制某型機旋翼系統鋁基復合材料環形鍛件，用于摸索鋁基復合材料環形件近無余量精密近凈成形技術，以推廣新型顆粒增強鋁基復合材料在航空航天工業中的應用。
試驗材料與方法
本試驗采用有色研究總院提供的φ 400mm 規格的鋁基復合材料坯錠，原材料坯錠號：E1501，其化學成分見表1。化學成分、高低倍、超聲波探傷及其他力學性能均滿足驗收標準對原材料的要求。
精密等溫鍛造全過程在400MN 液壓機上完成。400MN 模鍛液壓機由我國自主設計和制造，液壓和控制系統進口于美國Oilgear 公司，系統設計和布局達到了國際先進水平，具有鍛造壓力大、精度高、速度控制在0.02 ～ 60mm/s、壓力及行程可控、工藝適應性廣等特點。全過程計算機控制，對執行的工藝可重現，批量一致性好，主要適用于鈦合金、高溫合金、超高強度鋼、鋁合金等航空大型模鍛件的研制生產。
等溫鍛造用模具材料選用H13。根據確定的鍛件圖及設備的裝卡結構，合理設計模具結構，并對模具型腔作特殊要求。在等溫鍛造生產之前，要對模具進行預熱，本試驗過程采用專用模具預熱電爐對模具進行預熱，保證模具不同截面處的溫差小于50℃。
本試驗方法的制定主要工藝流程為：等溫鍛鐓餅→機加餅坯→等溫精密模鍛→鍛件表面清理→熱處理→性能檢測。
在數值仿真模擬的基礎上，結合鋁基復合材料自身的特性及400MN 液壓機的設備優勢，鐓餅過程按多火次合理分配變形量，使原材料坯錠的內部組織得到最大改善。經過多次數值模擬，確定最優的餅坯尺寸，在精密模鍛前按特定的要求對餅坯進行機加，保證鍛件最終的成形質量。為進一步保證鍛件表面質量，在模鍛前對餅坯用專用潤滑劑，對坯料表面進行噴涂潤滑。將餅坯在電爐中按200 ～ 250℃加熱，保溫40 ～ 60min 后，用提前調配好的潤滑劑對坯料進行噴涂。
等溫精密模鍛過程在400MN 液壓機上進行，具體工藝參數見表2。
鍛造完成后，用專用設備對鍛件表面進行清理、打磨及切除毛邊。為了改善和穩定鍛件的性能，需要進行合適的鍛后熱處理，本鍛件的熱處理方案為：固溶+ 人工時效工藝。由于鍛件毛坯已經進行了高溫處理，所以固溶處理應該遵循低溫時效的原則，以免影響強化效果。
試驗結果分析
等溫模鍛件尺寸及表面質量分析
鍛件經后續工序，最終成形鍛件如圖1所示。
鍛件外廓尺寸達φ 100mm×90mm，投影面積達0.25m2，而且四周分布難以成形的支臂，加工余量較小，尺寸精度要求較高。經3D 紅外儀掃描檢測，鍛件尺寸均滿足設計數模要求。
本試驗研制的等溫模鍛件，無折疊、回流、穿流、凹陷、穿晶等缺陷，鍛件成形飽滿，表面質量較好。鍛件上下表面設計余量3mm，側面及支臂表面為非加工面，經打磨拋光處理，表面粗糙度滿足設計Ra3.2μm 的要求。
等溫模鍛件內部組織性能分析
本試驗研制的等溫模鍛件，經典型的固溶+ 時效熱處理后，內部質量符合相關型號標準要求。對鍛件上下表面進行超聲波探傷，無超標信號的內部缺陷，滿足標準要求, 等溫模鍛件內部組織性能分析結果見表3。
結論
通過數值模擬并結合400MN液壓機的設備特性，制定了合理的等溫鍛造工藝路線，采取多火次鐓餅及一火次模鍛的方案，完成了典型鍛件的試制，并經試加工鑒定，符合零件設計要求。
