به رخ کشیدنبالاترین نقطه ذوب و جوشاز تمام عناصر شناخته شده،تنگستنتبدیل به یک انتخاب محبوب برای برنامه های کاربردی با درجه حرارت شدید، از جملهرشته های لامپ, جوشکاری قوس الکتریکی, محافظت در برابر تشعشعو اخیراً به عنوانمواد رو به پلاسمادر راکتورهای همجوشی مانند ITER Tokamak.

با این حال،شکنندگی ذاتی تنگستنو میکروکراکینگ که در حین تولید افزایشی رخ می دهد (چاپ سه بعدی) بافلز کمیاب، مانع از پذیرش گسترده آن شده است.

دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL) برای مشخص کردن چگونگی و چرایی شکل‌گیری این ریزترک‌ها، شبیه‌سازی‌های ترمومکانیکی را با فیلم‌های پرسرعت گرفته‌شده در طی فرآیند چاپ سه بعدی فلزی همجوشی با بستر لیزری (LPBF) ترکیب کرده‌اند. در حالی که تحقیقات قبلی به بررسی ترک‌ها پس از ساخت محدود می‌شد، دانشمندان برای اولین بار توانستند انتقال شکل‌پذیر به شکننده (DBT) را در تنگستن در زمان واقعی تجسم کنند و به آن‌ها این امکان را داد که مشاهده کنند که چگونه ریزترک‌ها شروع شده و به عنوان فلز گسترش می‌یابند. گرم و سرد می شود. این تیم توانست پدیده میکروکراکینگ را با متغیرهایی مانند تنش پسماند، نرخ کرنش و دما مرتبط کند و تایید کند که DBT باعث ترک خوردگی شده است.

محققان گفتند این مطالعه که اخیراً در مجله Acta Materialia منتشر شده و در شماره سپتامبر بولتن معتبر MRS منتشر شده است، مکانیسم های اساسی در پشت شکستن را آشکار می کند.تنگستن چاپ سه بعدیو پایه ای را برای تلاش های آینده برای تولید قطعات بدون ترک از فلز تعیین می کند.

"به دلیل خواص منحصر به فرد آن،تنگستننقش مهمی در برنامه‌های ویژه ماموریت برای وزارت انرژی و وزارت دفاع ایفا کرده است. "این کار به هموار کردن مسیر به سمت قلمرو جدید تولید افزودنی برای پردازش کمک می کندتنگستنکه می تواند تأثیر قابل توجهی بر این مأموریت ها داشته باشد.»

محققان از طریق مشاهدات تجربی و مدل‌سازی محاسباتی خود که با استفاده از کد المان محدود Diablo LLNL انجام شد، دریافتند که ریزترک در تنگستن در یک پنجره کوچک بین 450 تا 650 درجه کلوین رخ می‌دهد و وابسته به نرخ کرنش است که مستقیماً تحت تأثیر پارامترهای فرآیند است. آنها همچنین توانستند اندازه ناحیه متاثر از ترک و مورفولوژی شبکه ترک را با تنش‌های پسماند محلی مرتبط کنند.

Lawrence Fellow Bey Vrancken، نویسنده اصلی مقاله و محقق اصلی، آزمایش ها را طراحی و اجرا کرد و همچنین بیشتر تجزیه و تحلیل داده ها را انجام داد.

Vrancken گفت: "من فرض کرده بودم که در شکستن تنگستن تاخیر وجود خواهد داشت، اما نتایج بسیار فراتر از انتظارات من بود." مدل ترمومکانیکی توضیحی برای همه مشاهدات تجربی ما ارائه کرد و هر دو به اندازه کافی دقیق بودند تا وابستگی نرخ کرنش DBT را نشان دهند. با این روش، ما یک ابزار عالی برای تعیین موثرترین استراتژی ها برای از بین بردن ترک خوردگی در طول LPBF تنگستن داریم.

محققان گفتند که این کار درک دقیق و اساسی از تأثیر پارامترهای فرآیند و هندسه مذاب بر تشکیل ترک ارائه می‌کند و تأثیر ترکیب مواد و پیش گرمایش را بر یکپارچگی ساختاری قطعات چاپ شده با تنگستن نشان می‌دهد. تیم به این نتیجه رسید که افزودن عناصر آلیاژی خاص می تواند به کاهش انتقال DBT و تقویت فلز کمک کند، در حالی که گرم کردن پیش از آن می تواند به کاهش ریزترک کمک کند.

این تیم از نتایج برای ارزیابی تکنیک‌های کاهش ترک موجود، مانند تغییرات فرآیند و آلیاژ استفاده می‌کند. به گفته محققان، یافته‌ها، همراه با تشخیص‌های توسعه‌یافته برای این مطالعه، برای هدف نهایی آزمایشگاه برای چاپ سه‌بعدی قطعات تنگستن بدون ترک که می‌توانند در محیط‌های شدید مقاومت کنند، بسیار مهم است.