Pretando opuntos de fusión e ebulición máis altosde todos os elementos coñecidos,volframioconverteuse nunha opción popular para aplicacións que impliquen temperaturas extremas, incluíndofilamentos da lámpada, soldadura por arco, blindaxe de radiacióne, máis recentemente, asmaterial de revestimento de plasmaen reactores de fusión como o ITER Tokamak.

Non obstante,fraxilidade inherente do volframio, e o microcracking que se produce durante a fabricación aditiva (Impresión 3D) cometal raro, dificultou a súa adopción xeneralizada.

Para caracterizar como e por que se forman estas microfisuras, os científicos do Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore (LLNL) combinaron simulacións termomecánicas con vídeos de alta velocidade tomados durante o proceso de impresión en 3D de metal de fusión en po láser (LPBF). Mentres que as investigacións anteriores limitáronse a examinar as fisuras despois da construción, os científicos por primeira vez puideron visualizar a transición de dúctil a fráxil (DBT) no wolframio en tempo real, permitíndolles observar como se iniciaron e se espallaron as microfisuras como o metal. quentada e arrefriada. O equipo puido correlacionar o fenómeno de microcracking con variables como a tensión residual, a taxa de deformación e a temperatura, e confirmar que o DBT causou a fisuración.

Os investigadores dixeron que o estudo, publicado recentemente na revista Acta Materialia e presentado na edición de setembro do prestixioso MRS Bulletin, descobre os mecanismos fundamentais detrás do crackingWolframio impreso en 3De establece unha liña de base para futuros esforzos para producir pezas sen fisuras a partir do metal.

"Debido ás súas propiedades únicas,volframioxogou un papel importante nas aplicacións específicas de misións para o Departamento de Enerxía e o Departamento de Defensa ", dixo o investigador principal Manyalibo "Ibo" Matthews. "Este traballo axuda a abrir o camiño cara a un novo territorio de procesamento de fabricación aditivavolframioque poden ter un impacto significativo nestas misións".

A través das súas observacións experimentais e do modelado computacional realizado mediante o código de elementos finitos Diablo de LLNL, os investigadores descubriron que o microcracking no wolframio ocorre nunha pequena ventá entre 450 e 650 graos Kelvin e depende da taxa de tensión, que está directamente influenciada polos parámetros do proceso. Tamén puideron correlacionar o tamaño da área afectada pola greta e a morfoloxía da rede de fisuras coas tensións residuais locais.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, o autor principal do artigo e co-investigador principal, deseñou e realizou os experimentos e tamén levou a cabo a maior parte da análise de datos.

"Tiña a hipótese de que habería un atraso na rachadura do wolframio, pero os resultados superaron moito as miñas expectativas", dixo Vrancken. "O modelo termomecánico proporcionou unha explicación para todas as nosas observacións experimentais, e ambas foron o suficientemente detalladas como para captar a dependencia da taxa de tensión do DBT. Con este método, temos unha excelente ferramenta para determinar as estratexias máis eficaces para eliminar a fisuración durante a LPBF do wolframio.

Os investigadores dixeron que o traballo proporciona unha comprensión detallada e fundamental da influencia dos parámetros do proceso e da xeometría de fusión na formación de fendas e mostra o impacto que teñen a composición do material e o prequecemento na integridade estrutural das pezas impresas con wolframio. O equipo concluíu que engadir certos elementos de aliaxe podería axudar a reducir a transición DBT e fortalecer o metal, mentres que o prequecemento podería axudar a mitigar o microcracking.

O equipo está a utilizar os resultados para avaliar as técnicas existentes de mitigación de fisuras, como modificacións de procesos e aliaxes. Os resultados, xunto cos diagnósticos desenvolvidos para o estudo, serán cruciais para o obxectivo final do Laboratorio de imprimir pezas de wolframio sen fisuras en 3D que poidan soportar ambientes extremos, dixeron os investigadores.