Qual è la formatura superplastica dei fogli di titanio?

Lamiere in lega di titaniomostrano scarsa plasticità a temperatura ambiente e sono difficili da formare. I metodi di formatura tradizionali spesso affrontano problemi quali processi complessi, costi elevati e difficoltà nel garantire la precisione delle parti. L’emergere della tecnologia di formatura superplastica per i fogli di leghe di titanio ha completamente cambiato questa situazione. Sfruttando la straordinaria plasticità dei materiali in condizioni specifiche, consente la formatura di precisione integrata di componenti complessi, aprendo nuove strade per l'ampia applicazione delle leghe di titanio.

I.Qual è il principio fondamentale della formatura superplastica?

Utilizza le caratteristiche dei materiali metallici-"allungamento ultra-elevato, assenza di strizione e bassa sollecitazione di flusso"-esibite in condizioni di "temperatura specifica e velocità di deformazione specifica". Viene applicata una forza esterna per far aderire strettamente il materiale alla cavità dello stampo, ottenendo così parti della forma desiderata. Per i fogli di lega di titanio, la loro superplasticità viene solitamente attivata entro un certo intervallo di temperature (generalmente 0,5-0,7 volte la temperatura di ricristallizzazione della lega di titanio; ad esempio, la lega di titanio Gr 5 viene utilizzata principalmente a 850-950 gradi) e ad una bassa velocità di deformazione. L'allungamento del materiale può essere aumentato da meno del 20% a temperatura ambiente a diverse centinaia o addirittura oltre il mille per cento, fornendo una riserva plastica sufficiente per la formazione di strutture complesse.

II.Quali sono le principali tecnologie di formatura superplastica?

La formatura superplastica di fogli di lega di titanio è incentrata sulla formatura a pressione d'aria, formatura sotto vuoto e formatura con pressatura. Ogni processo è adattato a diversi scenari in base alle sue caratteristiche, con le informazioni principali come segue:

1. Formazione della pressione dell'aria

La tecnologia più utilizzata utilizza gas inerti come l'argon come mezzo di trasmissione della forza per premere il foglio di lega di titanio superplastica ad alta temperatura contro lo stampo. Si divide in due tipologie: soffiatura e formatura ad aspirazione:

• Formatura per soffiaggio: il gas ad alta-pressione spinge la lastra per adattarla allo stampo femmina, adatto per gusci curvi complessi come involucri di motori aeronautici-e rivestimenti di aerei;
• Formatura ad aspirazione: formatura a pressione negativa con attrezzature semplici e a basso costo, adatta per la produzione in serie di parti a parete sottile-di piccole e medie dimensioni.
• Vantaggi principali: trasmissione uniforme della forza, prevenzione di assottigliamenti/fessurazioni locali, elevata qualità della superficie e precisione dimensionale delle parti e stampi semplici e durevoli.

2. Formatura sotto vuoto

Una versione ottimizzata della formatura a pressione dell'aria, che utilizza la pressione negativa dell'alto vuoto come potenza per formare il foglio attraverso la differenza di pressione su entrambi i lati del foglio, con una pressione inferiore o uguale a 0,1 MPa:

• Scenari applicativi: parti strutturali semplici- a pareti sottili come riflettori di antenne di veicoli spaziali e componenti di precisione medica;
• Vantaggi principali: formatura delicata con pochi danni al materiale e bassi costi di attrezzatura; il vuoto impedisce l'ossidazione ad alta-temperatura per garantire le proprietà meccaniche; può essere combinato con l'incollaggio per diffusione per ottenere una "formatura-unione" integrata (ad esempio, parti strutturali a nido d'ape multi-strato).

3. Formatura mediante stampaggio a stampo

La lamiera viene deformata dalla pressione diretta degli stampi superiore e inferiore, spesso combinata con la tecnologia di formatura isotermica (lo stampo e la lamiera sono alla stessa temperatura) per ridurre i difetti:

• Scenari applicativi: produzione di massa di parti complesse/di grandi-dimensioni ad alta-precisione come telai di aerei di grandi dimensioni e corpi di missili;
• Vantaggi principali: formatura rapida ed alta efficienza, in grado di realizzare strutture complesse come bugne e nervature; la tecnologia isotermica previene la deformazione irregolare e lo stress interno;
• Note: requisiti elevati in termini di materiale e precisione dello stampo, con conseguenti costi di produzione elevati.