Pochváliť sanajvyššie body topenia a varuvšetkých známych prvkov,volfrámsa stala populárnou voľbou pre aplikácie zahŕňajúce extrémne teploty, vrátanevlákna žiarovky, oblúkové zváranie, tienenie žiareniaa nedávno aj asplazmový materiálvo fúznych reaktoroch, ako je ITER Tokamak.

všakprirodzená krehkosť volfrámua mikrotrhlín, ku ktorým dochádza pri aditívnej výrobe (3-D tlač) svzácny kov, bráni jeho širokému prijatiu.

Na charakterizáciu toho, ako a prečo sa tieto mikrotrhliny tvoria, vedci z Národného laboratória Lawrence Livermore (LLNL) skombinovali termomechanické simulácie s vysokorýchlostnými videami zhotovenými počas procesu 3-D tlače kovovej fúzie laserového prášku (LPBF). Zatiaľ čo predchádzajúci výskum sa obmedzoval na skúmanie trhlín po vytvorení, vedci boli po prvýkrát schopní vizualizovať prechod z tvárnosti na krehký (DBT) vo volfráme v reálnom čase, čo im umožnilo pozorovať, ako sa mikrotrhliny iniciovali a šírili ako kov. zahriaty a ochladený. Tím bol schopný korelovať fenomén mikrotrhlín s premennými, ako je zvyškové napätie, rýchlosť deformácie a teplota, a potvrdiť, že praskanie spôsobilo DBT.

Výskumníci uviedli, že štúdia, nedávno publikovaná v časopise Acta Materialia a uvedená v septembrovom čísle prestížneho MRS Bulletinu, odhaľuje základné mechanizmy, ktoré stoja za praskaním3-D tlačený volfráma stanovuje základ pre budúce úsilie o výrobu dielov bez trhlín z kovu.

„Pre svoje jedinečné vlastnosti,volfrámzohral významnú úlohu v aplikáciách špecifických pre misie pre ministerstvo energetiky a ministerstvo obrany,“ povedal spoluriešiteľ Manyalibo „Ibo“ Matthews. „Táto práca pomáha pripraviť cestu k novému spracovaniu výroby aditívvolfrámktoré môžu mať významný vplyv na tieto misie.

Prostredníctvom svojich experimentálnych pozorovaní a výpočtového modelovania vykonaného pomocou kódu konečných prvkov Diablo spoločnosti LLNL vedci zistili, že mikrotrhlinky vo volfráme sa vyskytujú v malom okne medzi 450 a 650 stupňami Kelvina a sú závislé od rýchlosti deformácie, ktorá je priamo ovplyvnená parametrami procesu. Boli tiež schopní korelovať veľkosť oblasti ovplyvnenej trhlinou a morfológiu siete trhliny s lokálnymi zvyškovými napätiami.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, hlavný autor článku a spoluriešiteľ, navrhol a vykonal experimenty a tiež vykonal väčšinu analýzy údajov.

"Predpokladal som, že dôjde k oneskoreniu pri praskaní volfrámu, ale výsledky výrazne prekonali moje očakávania," povedal Vrancken. "Termomechanický model poskytol vysvetlenie pre všetky naše experimentálne pozorovania a oba boli dostatočne podrobné na to, aby zachytili závislosť rýchlosti deformácie DBT. Vďaka tejto metóde máme vynikajúci nástroj na určenie najefektívnejších stratégií na elimináciu praskania počas LPBF volfrámu.

Výskumníci uviedli, že práca poskytuje podrobné, základné pochopenie vplyvu parametrov procesu a geometrie taveniny na tvorbu trhlín a ukazuje vplyv zloženia materiálu a predhrievania na štrukturálnu integritu dielov vytlačených volfrámom. Tím dospel k záveru, že pridanie určitých zliatinových prvkov by mohlo pomôcť znížiť prechod DBT a posilniť kov, zatiaľ čo predhrievanie by mohlo pomôcť zmierniť mikrotrhlinky.

Tím používa výsledky na vyhodnotenie existujúcich techník na zmiernenie trhlín, ako sú úpravy procesov a zliatin. Zistenia spolu s diagnostikou vyvinutou pre štúdiu budú rozhodujúce pre konečný cieľ laboratória, ktorým je 3-D tlač bez prasklín volfrámových dielov, ktoré vydržia extrémne prostredie, uviedli vedci.