Хвалейки се снай-високи точки на топене и кипенеот всички известни елементи,волфрамсе превърна в популярен избор за приложения, включващи екстремни температури, включителнонишки на електрическа крушка, електродъгово заваряване, радиационна защитаи напоследък катоплазмен материалв термоядрени реактори като ITER Tokamak.

Въпреки това,присъщата на волфрама крехкости микропукнатините, които възникват по време на адитивното производство (3-D печат) срядък метал, възпрепятства широкото му приемане.

За да характеризират как и защо се образуват тези микропукнатини, учените от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) комбинираха термомеханични симулации с високоскоростни видеоклипове, заснети по време на процеса на 3-D принтиране на метал с лазерно прахово сливане (LPBF).Докато предишните изследвания бяха ограничени до изследване на пукнатини след изграждането, учените за първи път успяха да визуализират прехода от пластично към крехко (DBT) във волфрам в реално време, което им позволява да наблюдават как микропукнатините започват и се разпространяват като метал загрят и охладен.Екипът успя да свърже феномена на микропукнатини с променливи като остатъчно напрежение, скорост на деформация и температура и потвърди, че DBT е причинил напукването.

Изследователите казаха, че проучването, публикувано наскоро в списанието Acta Materialia и представено в септемврийския брой на престижния бюлетин MRS, разкрива основните механизми зад кракването на3-D отпечатан волфрами поставя основа за бъдещи усилия за производство на части без пукнатини от метал.

„Поради своите уникални свойства,волфрамизигра значителна роля в специфични за мисията приложения за Министерството на енергетиката и Министерството на отбраната“, каза съоснователят на изследователя Маниалибо „Ибо“ Матюс.„Тази работа помага да се проправи пътя към нова територия за обработка на производството на добавкиволфрамкоето може да има значително въздействие върху тези мисии.

Чрез своите експериментални наблюдения и изчислително моделиране, извършено с помощта на кода на крайните елементи Diablo на LLNL, изследователите откриха, че микропукнатините във волфрам се появяват в малък прозорец между 450 и 650 градуса по Келвин и зависят от скоростта на деформация, която се влияе пряко от параметрите на процеса.Те също успяха да свържат размера на засегнатата от пукнатината зона и морфологията на мрежата от пукнатини с локалните остатъчни напрежения.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, водещият автор на статията и съглавен изследовател, проектира и извърши експериментите и също така проведе повечето от анализа на данните.

„Бях предположил, че ще има забавяне на крекинг за волфрам, но резултатите значително надхвърлиха очакванията ми“, каза Вранкен.„Термомеханичният модел даде обяснение за всички наши експериментални наблюдения и двата бяха достатъчно подробни, за да уловят зависимостта на скоростта на деформация на DBT.С този метод имаме отличен инструмент за определяне на най-ефективните стратегии за елиминиране на напукване по време на LPBF на волфрам.

Изследователите казаха, че работата осигурява подробно, фундаментално разбиране на влиянието на параметрите на процеса и геометрията на стопилката върху образуването на пукнатини и показва въздействието на състава на материала и предварителното нагряване върху структурната цялост на частите, отпечатани с волфрам.Екипът заключи, че добавянето на определени елементи от сплав може да помогне за намаляване на DBT прехода и укрепване на метала, докато предварителното загряване може да помогне за смекчаване на микропукнатините.

Екипът използва резултатите, за да оцени съществуващите техники за смекчаване на пукнатини, като например модификации на процеси и сплави.Констатациите, заедно с диагностиката, разработена за изследването, ще бъдат от решаващо значение за крайната цел на лабораторията за 3-D отпечатване на волфрамови части без пукнатини, които могат да издържат на екстремни среди, казаха изследователите.