Co to jest formowanie superplastyczne?

Formowanie superplastyczne to wyspecjalizowany proces obróbki metali, który umożliwia rozciąganie arkuszy stopów metali, takich jak aluminium, do długości ponad dziesięciokrotnie większej niż w przypadku konwencjonalnych stopów bez pogorszenia właściwości materiałowych metalu. Proces ten pozwala na wytwarzanie skomplikowanych części metalowych, co eliminuje potrzebę śrub i elementów złącznych do łączenia pojedynczych części metalowych razem w większą jednostkę. Tego rodzaju obróbka metali jest najczęściej stosowana w przemyśle lotniczym, ale ma również zastosowanie w sportach wyczynowych, a także w energetyce, obronie i medycynie.

Nauka obróbki metali stosowana w formowaniu superplastycznym dzieli się na trzy warunki deformacji: mikrograin, transformację i superplastyczność naprężeń wewnętrznych. Najważniejszą metodą dla metali jest superplastyczność mikrograin, w której struktury ziaren krystalicznych mają wielkość 10 mikronów lub mniejszą. Temperatura metalu musi również wynosić około połowy temperatury topnienia formowanego stopu metalu, a szybkości odkształcania mieszczą się w zakresie od 0,001 do 0,0001. Warunki te ograniczają rodzaje stopów, które będą wykazywać superplastyczność do niewielkiej liczby.

Procesy przemysłowe superplastycznego formowania blachy obejmują próżniowe i termoformowanie, głębokie tłoczenie i spajanie dyfuzyjne. Formowanie próżniowe wykorzystuje zmiany ciśnienia gazu do kształtowania metalu w matrycę, podczas gdy kształtowanie termiczne wykorzystuje ustalone procesy, które są tradycyjne w produkcji tworzyw termoplastycznych. Obie metody są odmianami formowania gorącego metalu i mają tę zaletę, że wymagają tylko jednej operacji matrycy, aby utworzyć część.

Głębokie tłoczenie jest konwencjonalną metodą stosowaną do formowania metali, którą można dostosować do formowania superplastycznego. Wymaga utwardzania przez naprężenie, aby osiągnąć superplastyczność. W tym procesie możliwe jest jednak przerzedzenie i zerwanie części metalowej, więc zazwyczaj nie jest to preferowany wybór.

Łączenie dyfuzyjne nie było początkowo procesem formowania blachy, ale zostało dostosowane do jego zastosowania. Stopy glinowo-magnezowe są powszechnie stosowane w tej metodzie i mogą wykazywać wydłużenie w procesie superplastycznym do 600%, ale zwykle nie przekraczają 300%. Części tworzone przez superplastyczne formowanie i łączenie dyfuzyjne są stosowane zarówno w przemyśle motoryzacyjnym, jak i lotniczym, które nie są strukturalne i nie są tak drogie jak stopy o wysokiej wytrzymałości.

Istnieje wiele zalet, które mają 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 koszty samolotów i pojazdów samochodowych, a także części metalowych w innych branżach. Czas montażu i złożoność są również zmniejszone, ponieważ mniej części trzeba połączyć razem. Naprężenia między wieloma metalowymi częściami w miarę starzenia się i reagowania na zmiany temperatury są również minimalizowane.

Cały przemysł przyczynia się do szerokiej gamy badań i nowych produktów w tej dziedzinie. Zwiększona wszechstronność kształtów blach pozwala na innowacje w zakresie usprawniania i projektowania w wielu produktach przemysłowych i konsumenckich. Formowanie superplastyczne jest również kluczem do innowacji w zakresie usprawniania aerodynamicznego i morskiego.