Lăudându-se cucele mai ridicate puncte de topire și fierberedintre toate elementele cunoscute,tungstena devenit o alegere populară pentru aplicațiile care implică temperaturi extreme, inclusivfilamentele becului, sudare cu arc, ecranare împotriva radiațiilorşi, mai nou, camaterial care se confruntă cu plasmăîn reactoare de fuziune precum ITER Tokamak.

Cu toate acestea,fragilitatea inerentă a tungstenuluiși microcracarea care apare în timpul producției aditive (Imprimare 3-D) cumetal rar, a împiedicat adoptarea sa pe scară largă.

Pentru a caracteriza cum și de ce se formează aceste microfisuri, oamenii de știință de la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) au combinat simulări termomecanice cu videoclipuri de mare viteză realizate în timpul procesului de imprimare 3-D a metalului cu fuziune cu laser pe strat de pulbere (LPBF). În timp ce cercetările anterioare s-au limitat la examinarea fisurilor după construcție, oamenii de știință au reușit pentru prima dată să vizualizeze tranziția ductilă la fragilă (DBT) în wolfram în timp real, permițându-le să observe modul în care microfisurile au inițiat și s-au răspândit ca metal. încălzit și răcit. Echipa a reușit să coreleze fenomenul de microcracare cu variabile precum stresul rezidual, rata de deformare și temperatura și să confirme că DBT a cauzat fisurarea.

Cercetătorii au spus că studiul, publicat recent în jurnalul Acta Materialia și prezentat în numărul din septembrie al prestigiosului Buletin MRS, descoperă mecanismele fundamentale din spatele spargerii înTungsten imprimat 3Dși stabilește o linie de bază pentru eforturile viitoare de a produce piese fără fisuri din metal.

„Datorită proprietăților sale unice,tungstena jucat un rol semnificativ în aplicațiile specifice misiunii pentru Departamentul de Energie și Departamentul Apărării”, a declarat co-investigatorul principal Manyalibo „Ibo” Matthews. „Această muncă ajută la deschiderea drumului către un nou teritoriu de procesare a producției aditive pentrutungstencare pot avea un impact semnificativ asupra acestor misiuni.”

Prin observațiile lor experimentale și modelarea computațională efectuată folosind codul cu elemente finite Diablo al LLNL, cercetătorii au descoperit că microcracarea în wolfram are loc într-o fereastră mică între 450 și 650 de grade Kelvin și este dependentă de rata de deformare, care este direct influențată de parametrii procesului. De asemenea, au reușit să coreleze dimensiunea zonei afectate de fisuri și morfologia rețelei de fisuri cu tensiunile reziduale locale.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, autorul principal al lucrării și co-investigatorul principal, a proiectat și efectuat experimentele și, de asemenea, a efectuat cea mai mare parte a analizei datelor.

„Am emis ipoteza că va exista o întârziere în fisurarea wolframului, dar rezultatele mi-au depășit cu mult așteptările”, a spus Vrancken. „Modelul termomecanic a oferit o explicație pentru toate observațiile noastre experimentale și ambele au fost suficient de detaliate pentru a surprinde dependența de rata de deformare a DBT. Cu această metodă, avem un instrument excelent pentru a determina cele mai eficiente strategii pentru a elimina fisurarea în timpul LPBF de wolfram.”

Cercetătorii au spus că lucrarea oferă o înțelegere detaliată și fundamentală a influenței parametrilor procesului și a geometriei topiturii asupra formării fisurilor și arată impactul pe care compoziția materialului și preîncălzirea îl au asupra integrității structurale a pieselor imprimate cu wolfram. Echipa a ajuns la concluzia că adăugarea anumitor elemente din aliaj ar putea ajuta la reducerea tranziției DBT și la întărirea metalului, în timp ce preîncălzirea ar putea ajuta la atenuarea microfisurilor.

Echipa folosește rezultatele pentru a evalua tehnicile existente de atenuare a fisurilor, cum ar fi modificările proceselor și ale aliajelor. Descoperirile, împreună cu diagnosticele dezvoltate pentru studiu, vor fi cruciale pentru obiectivul final al laboratorului de imprimare 3-D a pieselor de tungsten fără fisuri care pot rezista la medii extreme, au spus cercetătorii.