Superplastisches Umformen ist ein spezielles Metallbearbeitungsverfahren, das es ermöglicht, Bleche aus Metalllegierungen wie Aluminium auf mehr als das Zehnfache von herkömmlichen Legierungen zu strecken, ohne die Materialeigenschaften des Metalls zu verschlechtern. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Metallteile, wodurch Schrauben und Befestigungselemente überflüssig werden, um einzelne Metallteile zu einer größeren Einheit zusammenzufügen. Diese Art der Umformung wird am häufigsten in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, findet aber auch Anwendungen für Leistungssportgeräte sowie in den Bereichen Energie, Verteidigung und Medizin.
Die Wissenschaft der Metallbearbeitung, die bei der superplastischen Umformung verwendet wird, wird in drei Verformungsbedingungen unterteilt: Mikrokorn, Umwandlung und Superplastizität bei innerer Spannung. Die wichtigste Methode für Metalle ist die Mikrokorn-Superplastizität, bei der kristalline Kornstrukturen 10 Mikrometer oder weniger groß sind. Die Temperatur des Metalls muss auch ungefähr die Hälfte des Schmelzpunktes der zu bildenden Metalllegierung betragen und die Dehnungsraten liegen zwischen 0.001 und 0.0001. Diese Bedingungen begrenzen die Typen von Legierungen, die Superplastizität zeigen, auf eine kleine Anzahl.
Zu den industriellen Prozessen für die superplastische Blechumformung gehören Vakuum- und Thermoformen, Tiefziehen und Diffusionsschweißen. Beim Vakuumformen werden Gasdruckschwankungen verwendet, um Metall zu einer Matrize zu formen, während beim Thermoformen etablierte Verfahren verwendet werden, die traditionell für die Herstellung von Thermoplasten verwendet werden. Beide Verfahren sind Variationen des Heißmetallgasumformens und haben den Vorteil, dass nur ein einziger Werkzeugvorgang erforderlich ist, um das Teil herzustellen.
Das Tiefziehen ist ein konventionelles Verfahren in der Metallumformung, das an die superplastische Umformung angepasst werden kann. Es erfordert Kaltverfestigung, um Superplastizität zu erreichen. Eine Verdünnung und ein Aufbrechen des Metallteils sind dabei jedoch möglich, so dass dies in der Regel nicht die bevorzugte Wahl ist.
Das Diffusionsschweißen war ursprünglich kein Blechumformverfahren, wurde aber an seine Anwendung angepasst. Üblicherweise werden bei dem Verfahren Aluminium-Magnesium-Legierungen verwendet, die im superplastischen Verfahren eine Dehnung von bis zu 600 % aufweisen können, jedoch in der Regel 300 % nicht überschreiten. Durch superplastisches Formen und Diffusionsschweißen hergestellte Teile werden sowohl in Automobil- als auch in Flugzeuganwendungen verwendet, die nicht strukturell sind und nicht so teuer sind wie hochfeste Legierungen.
Superplastisch umgeformte Blechteile haben mehrere Vorteile. Da ihre Formen aufgrund der erhöhten Dehnfähigkeit des Metalls aufwendiger und größer sein können, reduzieren sie sowohl das Gewicht und die Kosten von Flugzeugen und Kraftfahrzeugen als auch Metallteilen in anderen Industrien. Auch die Montagezeit und -komplexität wird reduziert, da weniger Teile miteinander verbunden werden müssen. Spannungen zwischen mehreren Metallteilen, die altern und auf Temperaturänderungen reagieren, werden ebenfalls minimiert.
Die Branche als Ganzes trägt zu einer Vielzahl von Forschungen und neuen Produkten auf diesem Gebiet bei. Die erhöhte Vielseitigkeit der Blechformen ermöglicht Innovationen in Bezug auf neue Rationalisierungen und Designs in einer Vielzahl von Industrie- und Konsumgütern. Superplastisches Formen ist auch der Schlüssel zu Innovationen in der aerodynamischen und maritimen Stromlinienform.