Con elpuntos de fusión y ebullición más altosde todos los elementos conocidos,tungstenose ha convertido en una opción popular para aplicaciones que involucran temperaturas extremas, incluyendofilamentos de bombilla, soldadura por arco, blindaje radiológicoy, más recientemente, comomaterial de revestimiento de plasmaen reactores de fusión como el ITER Tokamak.

Sin embargo,La fragilidad inherente del tungsteno., y el microcracking que se produce durante la fabricación aditiva (impresión 3D) con elmetal raro, ha obstaculizado su adopción generalizada.

Para caracterizar cómo y por qué se forman estas microfisuras, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han combinado simulaciones termomecánicas con vídeos de alta velocidad tomados durante el proceso de impresión 3D de metal por fusión láser de lecho de polvo (LPBF). Mientras que investigaciones anteriores se limitaban a examinar las grietas posteriores a la construcción, los científicos pudieron por primera vez visualizar la transición dúctil a frágil (DBT) en el tungsteno en tiempo real, lo que les permitió observar cómo las microfisuras se iniciaban y se propagaban a medida que el metal se expandía. calentado y enfriado. El equipo pudo correlacionar el fenómeno de las microfisuras con variables como la tensión residual, la tasa de deformación y la temperatura, y confirmar que el DBT causó las fisuras.

Los investigadores dijeron que el estudio, publicado recientemente en la revista Acta Materialia y presentado en la edición de septiembre del prestigioso MRS Bulletin, descubre los mecanismos fundamentales detrás del craqueo enTungsteno impreso en 3Dy establece una base para esfuerzos futuros para producir piezas de metal sin grietas.

“Debido a sus propiedades únicas,tungsteno"Ha desempeñado un papel importante en aplicaciones de misiones específicas para el Departamento de Energía y el Departamento de Defensa", dijo el investigador co-principal Manyalibo "Ibo" Matthews. “Este trabajo ayuda a allanar el camino hacia un nuevo territorio de procesamiento de fabricación aditiva paratungstenoeso puede tener un impacto significativo en estas misiones”.

A través de sus observaciones experimentales y modelos computacionales realizados utilizando el código de elementos finitos Diablo de LLNL, los investigadores descubrieron que las microfisuras en el tungsteno ocurren en una pequeña ventana entre 450 y 650 grados Kelvin y dependen de la tasa de deformación, que está directamente influenciada por los parámetros del proceso. También pudieron correlacionar el tamaño del área afectada por la grieta y la morfología de la red de grietas con las tensiones residuales locales.

Bey Vrancken, becario de Lawrence, autor principal del artículo y coinvestigador principal, diseñó y realizó los experimentos y también realizó la mayor parte del análisis de datos.

"Había planteado la hipótesis de que habría un retraso en el craqueo del tungsteno, pero los resultados superaron con creces mis expectativas", dijo Vrancken. “El modelo termomecánico proporcionó una explicación para todas nuestras observaciones experimentales, y ambas fueron lo suficientemente detalladas como para capturar la dependencia de la tasa de deformación del DBT. Con este método, tenemos una excelente herramienta para determinar las estrategias más efectivas para eliminar el agrietamiento durante el LPBF del tungsteno”.

Los investigadores dijeron que el trabajo proporciona una comprensión detallada y fundamental de la influencia de los parámetros del proceso y la geometría de la masa fundida en la formación de grietas y muestra el impacto que la composición del material y el precalentamiento tienen en la integridad estructural de las piezas impresas con tungsteno. El equipo concluyó que agregar ciertos elementos de aleación podría ayudar a reducir la transición DBT y fortalecer el metal, mientras que el precalentamiento podría ayudar a mitigar las microfisuras.

El equipo está utilizando los resultados para evaluar las técnicas existentes de mitigación de grietas, como modificaciones de procesos y aleaciones. Los hallazgos, junto con los diagnósticos desarrollados para el estudio, serán cruciales para el objetivo final del laboratorio de imprimir en 3D piezas de tungsteno sin grietas que puedan soportar ambientes extremos, dijeron los investigadores.