Вихваляючисьнайвищі температури плавлення і кипінняусіх відомих елементів,вольфрамустав популярним вибором для застосувань, що включають екстремальні температури, в тому числінитки розжарення лампочки, дугове зварювання, захист від радіаціїа останнім часом якплазмовий матеріалв термоядерних реакторах, таких як токамак ІТЕР.

однак,властива вольфраму крихкістьта мікророзтріскування, яке виникає під час адитивного виробництва (3-D друк) зрідкісний метал, перешкоджає його широкому впровадженню.

Щоб охарактеризувати, як і чому утворюються ці мікротріщини, вчені Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL) поєднали термомеханічне моделювання з високошвидкісними відео, знятими під час процесу 3D-друку металу лазерним порошковим сплавленням (LPBF). У той час як попередні дослідження обмежувалися вивченням тріщин після будівництва, вчені вперше змогли візуалізувати перехід пластичного стану в крихкий (DBT) у вольфрамі в режимі реального часу, що дозволило їм спостерігати, як мікротріщини виникають і поширюються в металі. нагрівають і охолоджують. Команда змогла співвіднести явище мікротріщин із такими змінними, як залишкова напруга, швидкість деформації та температура, і підтвердити, що DBT викликав розтріскування.

Дослідники заявили, що дослідження, нещодавно опубліковане в журналі Acta Materialia та опубліковане у вересневому номері престижного бюлетеня MRS, розкриває фундаментальні механізми злому в3D-друкований вольфрамі встановлює базову лінію для майбутніх зусиль із виробництва деталей із металу без тріщин.

«Завдяки своїм унікальним властивостям,вольфрамузіграла важливу роль у застосуванні для конкретних місій для Міністерства енергетики та Міністерства оборони», – сказав один із головних дослідників Маньялібо «Ібо» Метьюз. «Ця робота допомагає прокласти шлях до нової території адитивного виробництвавольфрамуце може мати значний вплив на ці місії».

За допомогою своїх експериментальних спостережень і обчислювального моделювання, виконаного за допомогою коду кінцевих елементів Diablo LLNL, дослідники виявили, що мікротріщини у вольфрамі відбуваються в невеликому вікні між 450 і 650 градусами Кельвіна і залежать від швидкості деформації, на яку безпосередньо впливають параметри процесу. Вони також змогли співвіднести розмір зони, ураженої тріщиною, і морфологію мережі тріщин із локальними залишковими напругами.

Лоуренс Феллоу Бей Вранкен, провідний автор статті та співголовний дослідник, розробив і виконав експерименти, а також провів більшу частину аналізу даних.

«Я припустив, що буде затримка крекінгу вольфраму, але результати значно перевершили мої очікування», — сказав Вранкен. «Термомеханічна модель дала пояснення для всіх наших експериментальних спостережень, і обидва були достатньо детальними, щоб охопити залежність швидкості деформації DBT. Завдяки цьому методу ми маємо чудовий інструмент для визначення найбільш ефективних стратегій усунення розтріскування під час LPBF вольфраму».

Дослідники кажуть, що робота забезпечує детальне фундаментальне розуміння впливу параметрів процесу та геометрії розплаву на утворення тріщин і показує вплив складу матеріалу та попереднього нагрівання на структурну цілісність деталей, надрукованих вольфрамом. Команда дійшла висновку, що додавання певних елементів сплаву може допомогти зменшити перехід DBT і зміцнити метал, тоді як попередній нагрів може допомогти пом’якшити мікротріщини.

Команда використовує результати для оцінки існуючих методів пом’якшення тріщин, таких як модифікація процесу та сплаву. За словами дослідників, отримані дані разом із діагностикою, розробленою для дослідження, будуть мати вирішальне значення для досягнення кінцевої мети лабораторії – 3D-друку вольфрамових деталей без тріщин, які можуть витримувати екстремальні умови.