Membanggakantakat lebur dan didih tertinggidaripada semua unsur yang diketahui,tungstentelah menjadi pilihan popular untuk aplikasi yang melibatkan suhu melampau, termasukfilamen mentol, kimpalan arka, perisai sinarandan, lebih baru-baru ini, sebagaibahan menghadap plasmadalam reaktor pelakuran seperti ITER Tokamak.

Walau bagaimanapun,kerapuhan yang wujud dari tungsten, dan retakan mikro yang berlaku semasa pembuatan secara tambahan (Percetakan 3-D) denganlogam yang jarang ditemui, telah menghalang penerimaannya yang meluas.

Untuk mencirikan bagaimana dan mengapa retakan mikro ini terbentuk, saintis Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) telah menggabungkan simulasi termomekanikal dengan video berkelajuan tinggi yang diambil semasa proses pencetakan 3-D logam gabungan serbuk-katil laser (LPBF). Walaupun penyelidikan terdahulu terhad kepada memeriksa retak selepas binaan, saintis buat pertama kalinya dapat memvisualisasikan peralihan mulur ke rapuh (DBT) dalam tungsten dalam masa nyata, membolehkan mereka memerhatikan bagaimana retakan mikro dimulakan dan tersebar sebagai logam. dipanaskan dan disejukkan. Pasukan itu dapat mengaitkan fenomena retak mikro dengan pembolehubah seperti tekanan sisa, kadar terikan dan suhu, dan mengesahkan DBT menyebabkan keretakan.

Penyelidik berkata kajian itu, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Acta Materialia dan dipaparkan dalam edisi September Buletin MRS yang berprestij, mendedahkan mekanisme asas di sebalik peretasan dalamTungsten bercetak 3-Ddan menetapkan garis dasar untuk usaha masa hadapan untuk menghasilkan bahagian bebas retak daripada logam.

“Oleh kerana sifatnya yang unik,tungstentelah memainkan peranan penting dalam aplikasi khusus misi untuk Jabatan Tenaga dan Jabatan Pertahanan," kata penyiasat utama bersama Manyalibo "Ibo" Matthews. “Kerja ini membantu membuka jalan ke arah wilayah pemprosesan pembuatan aditif baharutungstenyang boleh memberi impak yang besar kepada misi ini.”

Melalui pemerhatian percubaan dan pemodelan pengiraan mereka yang dilakukan menggunakan kod elemen terhingga Diablo LLNL, para penyelidik mendapati bahawa retak mikro dalam tungsten berlaku dalam tetingkap kecil antara 450 dan 650 darjah Kelvin dan bergantung kepada kadar terikan, yang secara langsung dipengaruhi oleh parameter proses. Mereka juga dapat mengaitkan saiz kawasan yang terjejas dan morfologi rangkaian retak dengan tegasan sisa tempatan.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, pengarang utama kertas kerja dan penyiasat utama bersama, mereka bentuk dan melakukan eksperimen dan juga menjalankan kebanyakan analisis data.

"Saya telah membuat hipotesis bahawa akan ada kelewatan dalam keretakan untuk tungsten, tetapi hasilnya sangat melebihi jangkaan saya," kata Vrancken. "Model termomekanikal memberikan penjelasan untuk semua pemerhatian eksperimen kami, dan kedua-duanya cukup terperinci untuk menangkap pergantungan kadar terikan DBT. Dengan kaedah ini, kami mempunyai alat yang sangat baik untuk menentukan strategi paling berkesan untuk menghapuskan keretakan semasa LPBF tungsten.”

Penyelidik berkata kerja itu memberikan pemahaman asas yang terperinci tentang pengaruh parameter proses dan geometri cair pada pembentukan retak dan menunjukkan kesan komposisi bahan dan pemanasan awal terhadap integriti struktur bahagian yang dicetak dengan tungsten. Pasukan itu membuat kesimpulan bahawa menambah unsur aloi tertentu boleh membantu mengurangkan peralihan DBT dan menguatkan logam, manakala pemanasan awal boleh membantu mengurangkan retakan mikro.

Pasukan itu menggunakan keputusan untuk menilai teknik tebatan retak sedia ada, seperti proses dan pengubahsuaian aloi. Penemuan itu, bersama-sama dengan diagnostik yang dibangunkan untuk kajian itu, akan menjadi penting kepada matlamat utama Makmal untuk mencetak bahagian tungsten bebas retak 3-D yang boleh menahan persekitaran yang melampau, kata penyelidik.