Co to jest formowanie superplastyczne?

Formowanie superplastyczne to wyspecjalizowany proces obróbki metali, który pozwala na rozciąganie blach ze stopów metali, takich jak aluminium, do długości ponad dziesięciokrotnie większej niż w przypadku stopów konwencjonalnych, bez pogorszenia właściwości materiałowych metalu. Proces pozwala na produkcję skomplikowanych części metalowych, co eliminuje potrzebę śrub i łączników do łączenia poszczególnych części metalowych w większą jednostkę. Tego rodzaju formowanie metali jest najczęściej wykorzystywane w przemyśle lotniczym, ale znajduje również zastosowanie w wyczynowym sprzęcie sportowym, a także w energetyce, obronności i medycynie.

Nauka o obróbce metali stosowana w formowaniu nadplastycznym jest podzielona na trzy warunki odkształcenia: mikroziarna, transformacja i superplastyczność naprężeń wewnętrznych. Najważniejszą metodą w przypadku metali jest superplastyczność mikroziarna, w której struktury ziaren krystalicznych mają wielkość 10 mikronów lub mniejszą. Temperatura metalu musi również wynosić mniej więcej połowę temperatury topnienia formowanego stopu metalu, a szybkości odkształcenia wahają się od 0.001 do 0.0001. Warunki te ograniczają do niewielkiej liczby rodzaje stopów, które będą wykazywać superplastyczność.

Przemysłowe procesy formowania superplastycznego blach obejmują formowanie próżniowe i termoformowanie, głębokie tłoczenie i spajanie dyfuzyjne. Formowanie próżniowe wykorzystuje zmiany ciśnienia gazu do kształtowania metalu w matrycę, podczas gdy formowanie termiczne wykorzystuje ustalone procesy, które są tradycyjne w produkcji tworzyw termoplastycznych. Obie metody są odmianami formowania gorącego metalu w gazie i mają tę zaletę, że wymagają tylko jednej operacji matrycy do wytworzenia części.

Głębokie tłoczenie to konwencjonalna metoda stosowana w formowaniu metali, którą można dostosować do formowania superplastycznego. Do uzyskania superplastyczności wymaga umocnienia przez zgniot. W procesie możliwe jest jednak rozrzedzenie i pęknięcie części metalowej, więc zwykle nie jest to preferowany wybór.

Spajanie dyfuzyjne początkowo nie było procesem formowania blachy, ale zostało dostosowane do jego zastosowania. Stopy aluminiowo-magnezowe są powszechnie stosowane w tej metodzie i mogą mieć wydłużenie w procesie superplastycznym do 600%, ale zwykle nie przekracza 300%. Części utworzone przez formowanie superplastyczne i spajanie dyfuzyjne są wykorzystywane zarówno w zastosowaniach motoryzacyjnych, jak i lotniczych, które nie mają charakteru konstrukcyjnego i nie są tak drogie jak stopy o wysokiej wytrzymałości.

Istnieje kilka zalet części z blachy, które zostały poddane formowaniu superplastycznemu. Ponieważ ich kształty mogą być bardziej skomplikowane i większe ze względu na zwiększoną zdolność do rozciągania metalu, zmniejszają one zarówno wagę, jak i koszt samolotów i pojazdów samochodowych, a także części metalowych w innych gałęziach przemysłu. Czas montażu i złożoność są również skrócone, ponieważ mniej części musi być łączonych razem. Zminimalizowane są również naprężenia między wieloma metalowymi częściami, gdy się starzeją i reagują na zmiany temperatury.
Przemysł jako całość przyczynia się do szerokiej gamy badań i nowych produktów w tej dziedzinie. Zwiększona wszechstronność kształtów blach pozwala na wprowadzanie innowacji w nowych usprawnieniach i projektach w wielu produktach przemysłowych i konsumenckich. Formowanie superplastyczne jest również kluczem do innowacji w aerodynamice i optymalizacji morskiej.