Pasigirtiaukščiausia lydymosi ir virimo temperatūravisų žinomų elementų,volframastapo populiariu pasirinkimu naudojant ekstremalias temperatūras, įskaitantlempučių siūleliai, lankinis suvirinimas, spinduliuotės apsaugao pastaruoju metu asį plazmą nukreipta medžiagabranduolių sintezės reaktoriuose, tokiuose kaip ITER Tokamak.

Tačiauvolframui būdingas trapumasir mikroįtrūkimus, atsirandančius gaminant adityviai (3-D spausdinimas) suretas metalas, sutrukdė plačiai jį taikyti.

Siekdami apibūdinti, kaip ir kodėl susidaro šie mikroįtrūkimai, Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos (LLNL) mokslininkai sujungė termomechaninius modeliavimus su didelės spartos vaizdo įrašais, užfiksuotais lazerinio miltelių sluoksnio sintezės (LPBF) metalo 3-D spausdinimo proceso metu. Ankstesni tyrimai apsiribojo įtrūkimų tyrimu po pastatymo, o mokslininkams pirmą kartą pavyko vizualizuoti volframe vykstantį plastiškumą į trapumą (DBT) realiuoju laiku, o tai leido jiems stebėti, kaip mikroįtrūkimai atsirado ir plinta kaip metalas. šildomas ir atvėsinamas. Komanda sugebėjo susieti mikroįtrūkimo reiškinį su kintamaisiais, tokiais kaip liekamasis įtempis, deformacijos greitis ir temperatūra, ir patvirtinti, kad DBT sukėlė įtrūkimą.

Tyrėjai teigė, kad tyrimas, neseniai paskelbtas žurnale Acta Materialia ir paskelbtas prestižinio MRS Biuletenio rugsėjo mėnesio numeryje, atskleidžia pagrindinius mechanizmus, sukeliančius įtrūkimų.3-D spausdintas volframasir nustato pagrindą būsimoms pastangoms iš metalo gaminti dalis be įtrūkimų.

„Dėl savo unikalių savybiųvolframassuvaidino svarbų vaidmenį Energetikos departamento ir Gynybos departamento konkrečioms misijoms skirtose paraiškose“, – sakė pagrindinis tyrėjas Manyalibo „Ibo“ Matthewsas. „Šis darbas padeda nutiesti kelią į naują priedų gamybos perdirbimo teritorijąvolframaskurios gali turėti reikšmingos įtakos šioms misijoms.

Atlikdami eksperimentinius stebėjimus ir skaičiavimo modeliavimą, atliktą naudojant LLNL Diablo baigtinių elementų kodą, mokslininkai nustatė, kad volframo mikroįtrūkimai atsiranda mažame langelyje nuo 450 iki 650 laipsnių Kelvino ir priklauso nuo deformacijos greičio, kurį tiesiogiai veikia proceso parametrai. Jie taip pat sugebėjo susieti įtrūkimų paveikto ploto dydį ir įtrūkimų tinklo morfologiją su vietiniais liekamaisiais įtempiais.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, pagrindinis šio straipsnio autorius ir pagrindinis tyrėjas, sukūrė ir atliko eksperimentus, taip pat atliko daugumą duomenų analizės.

„Turėjau hipotezę, kad volframo įtrūkimai užtruks, bet rezultatai gerokai viršijo mano lūkesčius“, – sakė Vranckenas. „Termomechaninis modelis paaiškino visus mūsų eksperimentinius stebėjimus ir abu buvo pakankamai išsamūs, kad užfiksuotų DBT priklausomybę nuo deformacijos greičio. Taikydami šį metodą turime puikų įrankį, leidžiantį nustatyti efektyviausias strategijas, kaip pašalinti įtrūkimus volframo LPBF metu.

Tyrėjai teigė, kad darbas suteikia išsamų, esminį supratimą apie proceso parametrų ir lydalo geometrijos įtaką įtrūkimų susidarymui ir parodo, kokią įtaką medžiagos sudėtis ir išankstinis pašildymas turi volframu atspausdintų dalių struktūriniam vientisumui. Komanda padarė išvadą, kad tam tikrų lydinio elementų pridėjimas gali padėti sumažinti DBT perėjimą ir sustiprinti metalą, o pašildymas gali padėti sumažinti mikroįtrūkimus.

Komanda naudoja rezultatus, kad įvertintų esamus įtrūkimų mažinimo metodus, tokius kaip proceso ir lydinio modifikacijos. Pasak mokslininkų, išvados ir tyrimui sukurta diagnostika bus labai svarbūs siekiant galutinio laboratorijos tikslo – 3-D spausdinimo be įtrūkimų volframo dalių, kurios gali atlaikyti ekstremalią aplinką.