prale afhøjeste smelte- og kogepunktaf alle kendte elementer,wolframer blevet et populært valg til applikationer, der involverer ekstreme temperaturer, herunderglødetråde, buesvejsning, strålingsafskærmningog for nylig somplasma-vendt materialei fusionsreaktorer som ITER Tokamak.

Imidlertid,wolframs iboende skørhed, og den mikrokrakning, der opstår under additiv fremstilling (3-D print) medsjældent metal, har hæmmet dens udbredte adoption.

For at karakterisere, hvordan og hvorfor disse mikrorevner dannes, har Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) videnskabsmænd kombineret termomekaniske simuleringer med højhastighedsvideoer taget under laserpulver-bed fusion (LPBF) metal 3-D printprocessen. Mens tidligere forskning var begrænset til at undersøge revner efter bygningen, var forskere for første gang i stand til at visualisere overgangen fra duktilt til skørt (DBT) i wolfram i realtid, hvilket gjorde det muligt for dem at observere, hvordan mikrorevner initierede og spredte sig som metallet opvarmet og afkølet. Holdet var i stand til at korrelere mikrocracking-fænomenet med variabler som resterende stress, belastningshastighed og temperatur og bekræfte, at DBT forårsagede revnedannelsen.

Forskere sagde, at undersøgelsen, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Acta Materialia og omtalt i septemberudgaven af ​​den prestigefyldte MRS Bulletin, afdækker de grundlæggende mekanismer bag cracking i3-D-printet wolframog sætter en baseline for fremtidige bestræbelser på at fremstille revnefrie dele fra metallet.

"På grund af dets unikke egenskaber,wolframhar spillet en væsentlig rolle i missionsspecifikke ansøgninger for Department of Energy og Department of Defense,” sagde co-principal investigator Manyalibo “Ibo” Matthews. "Dette arbejde hjælper med at bane vejen mod et nyt område for tilsætningsfremstillingwolframsom kan have betydelig indflydelse på disse missioner."

Gennem deres eksperimentelle observationer og beregningsmodeller udført ved hjælp af LLNL's Diablo finite element-kode, fandt forskerne, at mikrokrakning i wolfram forekommer i et lille vindue mellem 450 og 650 grader Kelvin og er afhængig af belastningshastigheden, som er direkte påvirket af procesparametre. De var også i stand til at korrelere størrelsen af ​​det revnepåvirkede område og sprækkenetværksmorfologi til lokale resterende spændinger.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, papirets hovedforfatter og co-principal investigator, designede og udførte eksperimenterne og udførte også det meste af dataanalysen.

"Jeg havde en hypotese om, at der ville være en forsinkelse i revnedannelsen for wolfram, men resultaterne oversteg i høj grad mine forventninger," sagde Vrancken. "Den termomekaniske model gav en forklaring på alle vores eksperimentelle observationer, og begge var detaljerede nok til at fange spændingshastighedsafhængigheden af ​​DBT. Med denne metode har vi et fremragende værktøj til at bestemme de mest effektive strategier til at eliminere revner under LPBF af wolfram."

Forskere sagde, at arbejdet giver en detaljeret, grundlæggende forståelse af indflydelsen af ​​procesparametre og smeltegeometri på revnedannelse og viser, hvilken påvirkning materialesammensætning og forvarmning har på den strukturelle integritet af dele trykt med wolfram. Holdet konkluderede, at tilføjelse af visse legeringselementer kunne hjælpe med at reducere DBT-overgangen og styrke metallet, mens forvarmning kunne hjælpe med at afbøde mikrorevner.

Holdet bruger resultaterne til at evaluere eksisterende revnedæmpende teknikker, såsom proces- og legeringsmodifikationer. Resultaterne vil sammen med den diagnostik, der er udviklet til undersøgelsen, være afgørende for laboratoriets ultimative mål om 3-D-printning af revnefri wolframdele, der kan modstå ekstreme miljøer, sagde forskere.