Skryter avhøyeste smelte- og kokepunktav alle kjente elementer,wolframhar blitt et populært valg for applikasjoner som involverer ekstreme temperaturer, inkludertlyspære filamenter, buesveising, strålingsskjermingog, mer nylig, somplasma-vendt materialei fusjonsreaktorer som ITER Tokamak.

Imidlertidwolframs iboende sprøhet, og mikrosprekkene som oppstår under additiv produksjon (3D-utskrift) medsjeldent metall, har hindret dens utbredte adopsjon.

For å karakterisere hvordan og hvorfor disse mikrosprekkene dannes, har forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) kombinert termomekaniske simuleringer med høyhastighetsvideoer tatt under laserpulverbedfusjon (LPBF) metall 3-D utskriftsprosessen. Mens tidligere forskning var begrenset til å undersøke sprekker etter bygging, var forskere for første gang i stand til å visualisere den duktile-til-skjøre overgangen (DBT) i wolfram i sanntid, slik at de kunne observere hvordan mikrosprekker startet og spredte seg som metallet oppvarmet og avkjølt. Teamet var i stand til å korrelere mikrocracking-fenomenet med variabler som gjenværende stress, tøyningshastighet og temperatur, og bekrefte at DBT forårsaket sprekken.

Forskere sa at studien, nylig publisert i tidsskriftet Acta Materialia og omtalt i septemberutgaven av den prestisjetunge MRS Bulletin, avdekker de grunnleggende mekanismene bak cracking i3-D-printet wolframog setter en grunnlinje for fremtidig innsats for å produsere sprekkfrie deler fra metallet.

"På grunn av sine unike egenskaper,wolframhar spilt en betydelig rolle i oppdragsspesifikke søknader for Department of Energy og Department of Defense,” sa co-hovedetterforsker Manyalibo “Ibo” Matthews. "Dette arbeidet bidrar til å bane vei mot et nytt område for produksjon av additiv produksjonwolframsom kan ha betydelig innvirkning på disse oppdragene.»

Gjennom sine eksperimentelle observasjoner og beregningsmodellering utført ved hjelp av LLNLs Diablo finite element-kode, fant forskerne at mikrosprekker i wolfram forekommer i et lite vindu mellom 450 og 650 grader Kelvin og er avhengig av tøyningshastighet, som er direkte påvirket av prosessparametere. De var også i stand til å korrelere størrelsen på det sprekkpåvirkede området og sprekknettverksmorfologien til lokale restspenninger.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, papirets hovedforfatter og co-hovedetterforsker, designet og utførte eksperimentene og utførte også det meste av dataanalysen.

"Jeg hadde en hypotese om at det ville være en forsinkelse i sprekkene for wolfram, men resultatene overgikk i stor grad mine forventninger," sa Vrancken. "Den termomekaniske modellen ga en forklaring på alle våre eksperimentelle observasjoner, og begge var detaljerte nok til å fange tøyningshastighetsavhengigheten til DBT. Med denne metoden har vi et utmerket verktøy for å bestemme de mest effektive strategiene for å eliminere sprekker under LPBF av wolfram."

Forskere sa at arbeidet gir en detaljert, grunnleggende forståelse av påvirkningen av prosessparametere og smeltegeometri på sprekkdannelse og viser innvirkningen materialsammensetning og forvarming har på den strukturelle integriteten til deler trykt med wolfram. Teamet konkluderte med at tilsetning av visse legeringselementer kan bidra til å redusere DBT-overgangen og styrke metallet, mens forvarming kan bidra til å redusere mikrosprekker.

Teamet bruker resultatene til å evaluere eksisterende sprekkreduserende teknikker, som prosess- og legeringsmodifikasjoner. Funnene, sammen med diagnostikken utviklet for studien, vil være avgjørende for laboratoriets endelige mål om 3D-utskrift av sprekkfrie wolframdeler som tåler ekstreme miljøer, sa forskere.