Pretenent elpunts de fusió i ebullició més altsde tots els elements coneguts,tungstès'ha convertit en una opció popular per a aplicacions que impliquen temperatures extremes, com arafilaments de bombetes, soldadura per arc, blindatge contra la radiaciói, més recentment, commaterial de cara al plasmaen reactors de fusió com l'ITER Tokamak.

No obstant això,la fragilitat inherent del tungstè, i el microcracking que es produeix durant la fabricació additiva (Impressió 3D) amb elmetall rar, ha obstaculitzat la seva adopció generalitzada.

Per caracteritzar com i per què es formen aquestes microesquerdes, els científics del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) han combinat simulacions termomecàniques amb vídeos d'alta velocitat realitzats durant el procés d'impressió en 3D de metall de fusió làser en pols (LPBF). Mentre que les investigacions anteriors es limitaven a examinar les esquerdes després de la construcció, els científics per primera vegada van poder visualitzar la transició dúctil a fràgil (DBT) del tungstè en temps real, cosa que els va permetre observar com es van iniciar i es van estendre les microesquerdes com el metall. escalfat i refredat. L'equip va poder correlacionar el fenomen de microcracking amb variables com l'estrès residual, la velocitat de tensió i la temperatura, i confirmar que el DBT va causar l'esquerdament.

Els investigadors van dir que l'estudi, publicat recentment a la revista Acta Materialia i presentat al número de setembre del prestigiós Butlletí MRS, descobreix els mecanismes fonamentals darrere de l'esquerdaTungstè imprès en 3Di estableix una línia de base per als futurs esforços per produir peces sense esquerdes a partir del metall.

"Per les seves propietats úniques,tungstèha tingut un paper important en les aplicacions específiques de la missió per al Departament d'Energia i el Departament de Defensa", va dir el co-investigador principal Manyalibo "Ibo" Matthews. "Aquest treball ajuda a obrir el camí cap a un nou territori de processament de fabricació additivatungstèque poden tenir un impacte significatiu en aquestes missions".

Mitjançant les seves observacions experimentals i el modelatge computacional realitzat amb el codi d'elements finits Diablo de LLNL, els investigadors van trobar que el microcracking en el tungstè es produeix en una petita finestra entre 450 i 650 graus Kelvin i depèn de la velocitat de tensió, que està directament influenciada pels paràmetres del procés. També van poder correlacionar la mida de l'àrea afectada per l'esquerda i la morfologia de la xarxa d'esquerdes amb les tensions residuals locals.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, autor principal i co-investigador principal del document, va dissenyar i realitzar els experiments i també va realitzar la major part de l'anàlisi de dades.

"Vaig plantejar la hipòtesi que hi hauria un retard en el trencament del tungstè, però els resultats van superar molt les meves expectatives", va dir Vrancken. "El model termomecànic va proporcionar una explicació per a totes les nostres observacions experimentals, i ambdues van ser prou detallades per capturar la dependència de la velocitat de tensió del DBT. Amb aquest mètode, tenim una eina excel·lent per determinar les estratègies més efectives per eliminar l'esquerda durant la LPBF del tungstè.

Els investigadors van dir que el treball proporciona una comprensió detallada i fonamental de la influència dels paràmetres del procés i la geometria de la fusió en la formació d'esquerdes i mostra l'impacte que tenen la composició del material i el preescalfament en la integritat estructural de les peces impreses amb tungstè. L'equip va concloure que afegir certs elements d'aliatge podria ajudar a reduir la transició DBT i enfortir el metall, mentre que el preescalfament podria ajudar a mitigar el microcracking.

L'equip està utilitzant els resultats per avaluar les tècniques existents de mitigació d'esquerdes, com ara modificacions de processos i aliatges. Els investigadors van dir que les troballes, juntament amb els diagnòstics desenvolupats per a l'estudi, seran crucials per a l'objectiu final del laboratori d'imprimir en 3D peces de tungstè sense esquerdes que puguin suportar entorns extrems.