Membualtitik leleh dan titik didih tertinggidari semua elemen yang diketahui,tungstentelah menjadi pilihan populer untuk aplikasi yang melibatkan suhu ekstrim, termasukfilamen bola lampu, pengelasan busur, perisai radiasidan, baru-baru ini, sebagaibahan yang menghadap plasmadalam reaktor fusi seperti ITER Tokamak.

Namun,kerapuhan yang melekat pada tungsten, dan retakan mikro yang terjadi saat pembuatan aditif (Pencetakan 3-D) denganlogam langka, telah menghambat penerapannya secara luas.

Untuk mengkarakterisasi bagaimana dan mengapa microcracks ini terbentuk, para ilmuwan Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) telah menggabungkan simulasi termomekanis dengan video berkecepatan tinggi yang diambil selama proses pencetakan logam 3-D laser powder-bed fusion (LPBF). Meskipun penelitian sebelumnya hanya terbatas pada pemeriksaan retakan pasca pembuatan, para ilmuwan untuk pertama kalinya mampu memvisualisasikan transisi ulet ke getas (DBT) pada tungsten secara real-time, sehingga memungkinkan mereka mengamati bagaimana retakan mikro bermula dan menyebar saat logam dipanaskan dan didinginkan. Tim mampu mengkorelasikan fenomena microcracking dengan variabel seperti tegangan sisa, laju regangan dan suhu, serta memastikan DBT yang menyebabkan retak.

Para peneliti mengatakan penelitian tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Acta Materialia dan dimuat dalam MRS Bulletin edisi September, mengungkap mekanisme mendasar di balik peretasan di sektor industri.Tungsten cetak 3-Ddan menetapkan dasar bagi upaya masa depan untuk memproduksi komponen logam bebas retak.

“Karena sifatnya yang unik,tungstentelah memainkan peran penting dalam penerapan misi spesifik untuk Departemen Energi dan Departemen Pertahanan,” kata rekan peneliti utama Manyalibo “Ibo” Matthews. “Pekerjaan ini membantu membuka jalan menuju wilayah pemrosesan manufaktur aditif barutungstenyang dapat berdampak signifikan terhadap misi ini.”

Melalui pengamatan eksperimental dan pemodelan komputasi yang dilakukan menggunakan kode elemen hingga Diablo LLNL, para peneliti menemukan bahwa retakan mikro pada tungsten terjadi pada jendela kecil antara 450 dan 650 derajat Kelvin dan bergantung pada laju regangan, yang secara langsung dipengaruhi oleh parameter proses. Mereka juga mampu mengkorelasikan ukuran area yang terkena retakan dan morfologi jaringan retakan terhadap tegangan sisa lokal.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, penulis utama makalah dan peneliti utama, merancang dan melakukan eksperimen dan juga melakukan sebagian besar analisis data.

“Saya berhipotesis bahwa akan ada penundaan dalam pemecahan tungsten, namun hasilnya jauh melebihi ekspektasi saya,” kata Vrancken. “Model termomekanis memberikan penjelasan untuk semua observasi eksperimental kami, dan keduanya cukup detail untuk menangkap ketergantungan laju regangan DBT. Dengan metode ini, kami memiliki alat yang sangat baik untuk menentukan strategi paling efektif untuk menghilangkan keretakan selama LPBF tungsten.”

Para peneliti mengatakan bahwa karya tersebut memberikan pemahaman mendasar dan rinci tentang pengaruh parameter proses dan geometri lelehan pada pembentukan retakan dan menunjukkan dampak komposisi material dan pemanasan awal terhadap integritas struktural bagian yang dicetak dengan tungsten. Tim menyimpulkan bahwa menambahkan elemen paduan tertentu dapat membantu mengurangi transisi DBT dan memperkuat logam, sementara pemanasan awal dapat membantu mengurangi retakan mikro.

Tim ini menggunakan hasilnya untuk mengevaluasi teknik mitigasi retakan yang ada, seperti modifikasi proses dan paduan. Temuan ini, bersama dengan diagnostik yang dikembangkan untuk penelitian ini, akan sangat penting untuk tujuan akhir Laboratorium dalam pencetakan 3-D komponen tungsten bebas retak yang dapat tahan terhadap lingkungan ekstrem, kata para peneliti.