Wat is superplastisch vormen?
Superplastisch vormen is een gespecialiseerd metaalbewerkingsproces waarmee platen van metaallegeringen zoals aluminium tot tien keer langer kunnen worden uitgerekt dan conventionele legeringen zonder de materiaaleigenschappen van het metaal te verslechteren. Het proces maakt de vervaardiging van complexe metalen onderdelen mogelijk, waardoor bouten en bevestigingsmiddelen niet meer nodig zijn om afzonderlijke metalen onderdelen samen te voegen tot een grotere eenheid. Dit soort metaalvorming wordt het meest gebruikt in de ruimtevaartindustrie, maar heeft ook toepassingen voor hoogwaardige sportuitrusting, evenals in de energie-, defensie- en medische sector.
De wetenschap van metaalbewerking die wordt gebruikt bij het vormen van superplastic wordt opgesplitst in drie vervormingscondities: microkorrel, transformatie en superplasticiteit van interne stress. De belangrijkste methode voor metalen is superplasticiteit van microkorrels, waarbij kristallijne korrelstructuren 10 micron of kleiner zijn. De temperatuur van het metaal moet ook ongeveer de helft zijn van het smeltpunt van de te vormen metaallegering en de spanningssnelheden liggen tussen 0,001 en 0,0001. Deze omstandigheden beperken de soorten legeringen die superplasticiteit zullen vertonen tot een klein aantal.
Industriële processen voor het superplastisch vormen van plaatmetaal omvatten vacuüm en thermovormen, dieptrekken en diffusiebinding. Vacuümvorming maakt gebruik van variatie in gasdrukken om van metaal een matrijs te maken, terwijl thermovormen gebruik maakt van gevestigde processen die traditioneel zijn voor de vervaardiging van thermoplasten. Beide methoden zijn variaties op de vorming van heet metaalgas en hebben het voordeel dat slechts een enkele matrijsbewerking nodig is om het onderdeel te maken.
Dieptrekken is een conventionele methode voor het vormen van metalen die kan worden aangepast aan het superplastisch vormen. Het vereist rekharding om superplasticiteit te bereiken. Verdunning en breuk van het metalen onderdeel zijn echter mogelijk in het proces, dus het is meestal niet een voorkeurskeuze.
Diffusiebinding was aanvankelijk niet een proces van het vormen van plaatmetaal, maar is aangepast aan het gebruik ervan. Aluminium-magnesiumlegeringen worden gewoonlijk bij de methode gebruikt en kunnen in het superplastische proces een rek hebben van maximaal 600%, maar meestal niet meer dan 300%. Onderdelen gemaakt door superplastische vorming en diffusiebinding worden gebruikt in zowel automobiel- als vliegtuigtoepassingen die niet structureel zijn en ze zijn niet zo duur als legeringen met hoge sterkte.
Er zijn verschillende voordelen die metalen plaatdelen die superplastisch zijn gevormd hebben. Omdat hun vormen uitgebreider en groter kunnen zijn vanwege het toegenomen vermogen om het metaal te strekken, verminderen ze zowel het gewicht als de kosten van vliegtuigen en auto's, evenals metalen onderdelen in andere industrieën. De assemblagetijd en complexiteit worden ook verminderd omdat minder onderdelen aan elkaar hoeven te worden bevestigd. Spanningen tussen meerdere metalen delen naarmate ze ouder worden en reageren op temperatuurveranderingen worden ook geminimaliseerd.
De industrie als geheel draagt bij aan een breed scala aan onderzoek en nieuwe producten in het veld. De verhoogde veelzijdigheid van metalen plaatvormen zorgt voor innovatie in nieuwe stroomlijning en ontwerpen in een veelheid aan industriële en consumentenproducten. Superplastische vorming is ook de sleutel tot innovatie in aerodynamische en mariene stroomlijning.