La formatura superplastica è un processo di lavorazione dei metalli specializzato che consente di allungare fogli di leghe metalliche come l’alluminio a lunghezze dieci volte superiori a quelle delle leghe convenzionali senza degradare le proprietà del materiale del metallo. Il processo consente la produzione di parti metalliche complesse, eliminando la necessità di bulloni e dispositivi di fissaggio per collegare le singole parti metalliche insieme in un’unità più grande. La formatura dei metalli di questa natura è più spesso utilizzata nell’industria aerospaziale, ma ha anche applicazioni per attrezzature sportive ad alte prestazioni, nonché nei settori dell’energia, della difesa e medico.
La scienza della lavorazione dei metalli utilizzata nella formatura superplastica è suddivisa in tre condizioni di deformazione: micrograna, trasformazione e superplasticità da stress interno. Il metodo più importante per i metalli prevede la superplasticità dei micrograni, in cui le strutture dei grani cristallini hanno una dimensione di 10 micron o inferiore. Anche la temperatura del metallo deve essere approssimativamente a metà del punto di fusione della lega metallica che si sta formando e le velocità di deformazione sono comprese tra 0.001 e 0.0001. Queste condizioni limitano i tipi di leghe che mostreranno superplasticità a un piccolo numero.
I processi industriali per la formatura superplastica della lamiera includono il vuoto e la termoformatura, l’imbutitura profonda e l’incollaggio per diffusione. La formatura sotto vuoto utilizza la variazione della pressione del gas per modellare il metallo in uno stampo, mentre la termoformatura utilizza processi consolidati che sono tradizionali per la produzione di materiali termoplastici. Entrambi i metodi sono variazioni sulla formatura con gas di metallo caldo e hanno il vantaggio di richiedere una sola operazione di stampo per creare la parte.
L’imbutitura profonda è un metodo convenzionale utilizzato nella formatura dei metalli che può essere adattato alla formatura superplastica. Richiede incrudimento per ottenere la superplasticità. L’assottigliamento e la rottura della parte metallica, tuttavia, sono possibili nel processo, quindi di solito non è una scelta preferita.
L’incollaggio per diffusione non era inizialmente un processo di formatura della lamiera, ma è stato adattato al suo utilizzo. Le leghe di alluminio-magnesio sono comunemente utilizzate con il metodo e possono avere un allungamento nel processo superplastico fino al 600%, ma di solito non supera il 300%. Le parti create dalla formatura superplastica e dall’incollaggio per diffusione sono utilizzate sia in applicazioni automobilistiche che aeronautiche che non sono strutturali e non sono costose come le leghe ad alta resistenza.
Ci sono diversi vantaggi che hanno le parti in lamiera che hanno subito una formatura superplastica. Poiché le loro forme possono essere più elaborate e più grandi a causa della maggiore capacità di allungare il metallo, riducono sia il peso che il costo degli aerei e dei veicoli automobilistici, nonché delle parti metalliche in altri settori. Anche il tempo e la complessità di assemblaggio sono ridotti perché è necessario fissare insieme meno parti. Anche le sollecitazioni tra più parti metalliche man mano che invecchiano e rispondono ai cambiamenti di temperatura sono ridotte al minimo.
L’industria nel suo insieme contribuisce a un’ampia varietà di ricerche e nuovi prodotti nel campo. La maggiore versatilità delle forme delle lamiere metalliche consente l’innovazione in nuovi snellimenti e design in una moltitudine di prodotti industriali e di consumo. La formatura superplastica è anche la chiave per l’innovazione nell’ottimizzazione aerodinamica e marina.