Ostentando omaiores pontos de fusão e ebuliçãode todos os elementos conhecidos,tungstêniotornou-se uma escolha popular para aplicações que envolvem temperaturas extremas, incluindofilamentos de lâmpada, soldagem a arco, blindagem contra radiaçãoe, mais recentemente, comomaterial voltado para plasmaem reatores de fusão como o ITER Tokamak.

No entanto,fragilidade inerente do tungstênio, e a microfissuração que ocorre durante a fabricação aditiva (Impressão 3D) com ometal raro, dificultou sua adoção generalizada.

Para caracterizar como e por que essas microfissuras se formam, os cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) combinaram simulações termomecânicas com vídeos de alta velocidade feitos durante o processo de impressão 3-D de metal por fusão em leito de pó a laser (LPBF). Enquanto a pesquisa anterior se limitava a examinar fissuras pós-construção, os cientistas pela primeira vez foram capazes de visualizar a transição dúctil-frágil (DBT) no tungstênio em tempo real, permitindo-lhes observar como as microfissuras iniciavam e se espalhavam à medida que o metal aquecido e resfriado. A equipe conseguiu correlacionar o fenômeno de microfissuras com variáveis ​​como tensão residual, taxa de deformação e temperatura, e confirmar que o DBT causou a fissura.

Os pesquisadores disseram que o estudo, publicado recentemente na revista Acta Materialia e apresentado na edição de setembro do prestigioso Boletim MRS, revela os mecanismos fundamentais por trás do cracking emTungstênio impresso em 3De estabelece uma base para esforços futuros para produzir peças de metal sem rachaduras.

“Por causa de suas propriedades únicas,tungstêniodesempenhou um papel significativo em aplicações específicas de missões para o Departamento de Energia e o Departamento de Defesa”, disse o co-investigador principal Manyalibo “Ibo” Matthews. “Este trabalho ajuda a preparar o caminho para um novo território de processamento de manufatura aditiva paratungstênioque pode ter um impacto significativo nessas missões.”

Através de suas observações experimentais e modelagem computacional realizada usando o código de elementos finitos Diablo do LLNL, os pesquisadores descobriram que a microfissuração no tungstênio ocorre em uma pequena janela entre 450 e 650 graus Kelvin e depende da taxa de deformação, que é diretamente influenciada pelos parâmetros do processo. Eles também foram capazes de correlacionar o tamanho da área afetada pela fissura e a morfologia da rede de fissuras com as tensões residuais locais.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, autor principal do artigo e co-investigador principal, projetou e executou os experimentos e também conduziu a maior parte da análise dos dados.

“Eu tinha a hipótese de que haveria um atraso na quebra do tungstênio, mas os resultados superaram em muito as minhas expectativas”, disse Vrancken. “O modelo termomecânico forneceu uma explicação para todas as nossas observações experimentais, e ambas foram detalhadas o suficiente para capturar a dependência da taxa de deformação do DBT. Com este método, temos uma excelente ferramenta para determinar as estratégias mais eficazes para eliminar fissuras durante o LPBF de tungstênio.”

Os pesquisadores disseram que o trabalho fornece uma compreensão detalhada e fundamental da influência dos parâmetros do processo e da geometria do fundido na formação de fissuras e mostra o impacto que a composição do material e o pré-aquecimento têm na integridade estrutural das peças impressas com tungstênio. A equipe concluiu que a adição de certos elementos de liga poderia ajudar a reduzir a transição DBT e fortalecer o metal, enquanto o pré-aquecimento poderia ajudar a mitigar as microfissuras.

A equipe está usando os resultados para avaliar as técnicas existentes de mitigação de trincas, como modificações de processos e ligas. As descobertas, juntamente com os diagnósticos desenvolvidos para o estudo, serão cruciais para o objetivo final do Laboratório de imprimir em 3D peças de tungstênio livres de rachaduras que possam resistir a ambientes extremos, disseram os pesquisadores.