Ipinagmamalaki angpinakamataas na punto ng pagkatunaw at pagkulong lahat ng kilalang elemento,tungstenay naging isang popular na pagpipilian para sa mga application na kinasasangkutan ng matinding temperatura, kabilang angmga filament ng bombilya, arc welding, radiation shieldingat, mas kamakailan, bilangmateryal na nakaharap sa plasmasa mga fusion reactor tulad ng ITER Tokamak.

gayunpaman,ang likas na brittleness ng tungsten, at ang microcracking na nangyayari habang additive na pagmamanupaktura (3-D na pag-print) kasama angbihirang metal, ay humadlang sa malawakang pag-aampon nito.

Upang makilala kung paano at bakit nabuo ang mga microcrack na ito, pinagsama ng mga siyentipiko ng Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ang mga thermomechanical simulation na may mga high-speed na video na kinunan sa panahon ng laser powder-bed fusion (LPBF) metal 3-D na proseso ng pag-print. Bagama't ang nakaraang pananaliksik ay limitado sa pagsusuri ng mga bitak pagkatapos ng pagbuo, ang mga siyentipiko sa unang pagkakataon ay nagawang makita ang ductile-to-brittle transition (DBT) sa tungsten sa real-time, na nagpapahintulot sa kanila na obserbahan kung paano nagsimula at kumalat ang mga microcrack bilang metal. pinainit at pinalamig. Naiugnay ng team ang microcracking phenomenon sa mga variable tulad ng natitirang stress, strain rate at temperatura, at nakumpirma na ang DBT ang naging sanhi ng crack.

Sinabi ng mga mananaliksik na ang pag-aaral, na inilathala kamakailan sa journal Acta Materialia at itinampok sa isyu ng Setyembre ng prestihiyosong MRS Bulletin, ay nagbubunyag ng mga pangunahing mekanismo sa likod ng pag-crack sa3-D-print na tungstenat nagtatakda ng baseline para sa mga pagsusumikap sa hinaharap na makagawa ng mga bahaging walang basag mula sa metal.

"Dahil sa mga natatanging katangian nito,tungstenay may mahalagang papel sa mga aplikasyon na partikular sa misyon para sa Kagawaran ng Enerhiya at Kagawaran ng Depensa," sabi ng co-principal na imbestigador na si Manyalibo "Ibo" Matthews. "Ang gawaing ito ay tumutulong sa paghandaan ang daan patungo sa bagong additive manufacturing processing teritoryo para satungstenna maaaring magkaroon ng malaking epekto sa mga misyong ito.”

Sa pamamagitan ng kanilang mga eksperimentong obserbasyon at computational modeling na isinagawa gamit ang Diablo finite element code ng LLNL, natuklasan ng mga mananaliksik na ang microcracking sa tungsten ay nangyayari sa isang maliit na window sa pagitan ng 450 at 650 degrees Kelvin at nakadepende sa strain rate, na direktang naiimpluwensyahan ng mga parameter ng proseso. Nagawa rin nilang iugnay ang laki ng lugar na apektado ng crack at morpolohiya ng crack network sa mga lokal na natitirang stress.

Si Lawrence Fellow Bey Vrancken, ang nangungunang may-akda ng papel at co-principal investigator, ay nagdisenyo at nagsagawa ng mga eksperimento at nagsagawa rin ng karamihan sa pagsusuri ng data.

"Nag-hypothesize ako na magkakaroon ng pagkaantala sa pag-crack para sa tungsten, ngunit ang mga resulta ay higit na lumampas sa aking mga inaasahan," sabi ni Vrancken. "Ang thermomechanical model ay nagbigay ng paliwanag para sa lahat ng aming mga eksperimentong obserbasyon, at pareho ay sapat na detalyado upang makuha ang strain rate dependence ng DBT. Sa pamamaraang ito, mayroon kaming isang mahusay na tool upang matukoy ang pinaka-epektibong mga diskarte upang maalis ang pag-crack sa panahon ng LPBF ng tungsten.

Sinabi ng mga mananaliksik na ang gawain ay nagbibigay ng isang detalyadong, pangunahing pag-unawa sa impluwensya ng mga parameter ng proseso at pagtunaw ng geometry sa pagbuo ng crack at ipinapakita ang epekto ng komposisyon ng materyal at preheating sa integridad ng istruktura ng mga bahagi na naka-print na may tungsten. Napagpasyahan ng koponan na ang pagdaragdag ng ilang mga elemento ng haluang metal ay maaaring makatulong na mabawasan ang paglipat ng DBT at palakasin ang metal, habang ang preheating ay maaaring makatulong na mabawasan ang microcracking.

Ginagamit ng koponan ang mga resulta upang suriin ang mga umiiral na diskarte sa pag-crack-mitigation, tulad ng mga pagbabago sa proseso at haluang metal. Ang mga natuklasan, kasama ang mga diagnostic na binuo para sa pag-aaral, ay magiging mahalaga sa sukdulang layunin ng Laboratory ng 3-D na pag-print ng mga crack-free na bahagi ng tungsten na makatiis sa matinding kapaligiran, sinabi ng mga mananaliksik.