Formage superplastique :travail avancé des métaux pour l'innovation aérospatiale

Le formage superplastique est un processus spécialisé de travail des métaux qui permet d'étirer des feuilles d'alliages métalliques tels que l'aluminium à des longueurs dix fois supérieures à celles des alliages conventionnels sans dégrader les propriétés matérielles du métal. Le processus permet la fabrication de pièces métalliques complexes, ce qui élimine le besoin de boulons et de fixations pour assembler des pièces métalliques individuelles dans une unité plus grande. Le formage des métaux de cette nature est le plus souvent utilisé dans l'industrie aérospatiale, mais a également des applications pour les équipements sportifs de performance, ainsi que dans les secteurs de l'énergie, de la défense et de la médecine.

La science du travail des métaux utilisée dans le formage superplastique se décompose en trois conditions de déformation :le micrograin, la transformation et la superplasticité sous contrainte interne. La méthode la plus importante pour les métaux implique la superplasticité des micrograins, où les structures de grains cristallins ont une taille de 10 microns ou moins. La température du métal doit également être égale à environ la moitié du point de fusion de l'alliage métallique formé et les taux de déformation doivent être compris entre 0,001 et 0,0001. Ces conditions limitent les types d'alliages qui présenteront une superplasticité à un petit nombre.

Les processus industriels de formage superplastique de la tôle comprennent le formage sous vide et le thermoformage, l'emboutissage profond et le collage par diffusion. Le formage sous vide utilise la variation de la pression des gaz pour façonner le métal dans une matrice, tandis que le thermoformage utilise des processus établis traditionnels dans la fabrication des thermoplastiques. Les deux méthodes sont des variantes du formage au gaz de métal chaud et ont l'avantage de ne nécessiter qu'une seule opération de matrice pour créer la pièce.

L'emboutissage profond est une méthode conventionnelle utilisée dans le formage des métaux qui peut être adaptée au formage superplastique. Il faut un écrouissage pour obtenir la superplasticité. L'amincissement et la rupture de la pièce métallique sont cependant possibles au cours du processus, ce n'est donc généralement pas un choix privilégié.

Le collage par diffusion n'était pas initialement un procédé de formage de tôle, mais a été adapté à son utilisation. Les alliages aluminium-magnésium sont couramment utilisés avec la méthode et peuvent avoir un allongement dans le processus superplastique allant jusqu'à 600 %, mais ne dépasse généralement pas 300 %. Les pièces créées par formage superplastique et liaison par diffusion sont utilisées dans des applications automobiles et aéronautiques qui ne sont pas structurelles, et elles ne sont pas aussi coûteuses que les alliages à haute résistance.

Les pièces en tôle ayant subi un formage superplastique présentent plusieurs avantages. Étant donné que leurs formes peuvent être plus élaborées et plus grandes en raison de la capacité accrue à étirer le métal, ils réduisent à la fois le poids et le coût des avions et des véhicules automobiles ainsi que des pièces métalliques dans d'autres industries. Le temps et la complexité de l'assemblage sont également réduits car moins de pièces doivent être assemblées. Les contraintes entre plusieurs pièces métalliques à mesure qu'elles vieillissent et réagissent aux changements de température sont également minimisées.

L'industrie dans son ensemble contribue à une grande variété de recherches et de nouveaux produits dans le domaine. La polyvalence accrue des formes de tôles permet d'innover dans de nouvelles rationalisations et conceptions dans une multitude de produits industriels et de consommation. Le formage superplastique est également la clé de l’innovation en matière de rationalisation aérodynamique et marine.

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