作者杰瑞米·托马斯，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 通过将模拟与激光粉末床熔化过程中拍摄的高速视频相结合，LLNL的科学家能够实时观察3D打印钨中的韧脆转变，从而观察微裂纹是如何在金属中引发和扩展的
用扫描电子显微镜拍摄的照片显示，微裂纹网络分支穿过表面上的激光熔化轨迹，并且可以深入到邻近的基底材料中，优选沿着晶界
荣誉:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 钨拥有所有已知元素中最高的熔点和沸点，已经成为极端温度应用的热门选择，包括灯泡灯丝、电弧焊接、辐射屏蔽，以及最近在ITER托卡马克等聚变反应堆中作为面向等离子体的材料
然而，钨的固有脆性，以及在添加稀有金属制造(三维印刷)时出现的微裂纹，阻碍了它的广泛应用
为了描述这些微裂纹是如何以及为什么形成的，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家们将热机械模拟与激光粉末床熔化金属三维打印过程中拍摄的高速视频相结合
尽管以前的研究仅限于检查裂纹的后期形成，科学家们第一次能够实时观察钨的延性-脆性转变(DBT)，使他们能够观察到微裂纹是如何随着金属的加热和冷却而开始和扩展的
该团队能够将微裂纹现象与残余应力、应变率和温度等变量联系起来，并确认是DBT引起了裂纹
研究人员说，最近发表在《材料学报》上的研究揭示了三维打印钨裂纹背后的基本机制，并为未来用这种金属生产无裂纹零件的努力设定了一个基线。该研究刊登在著名的《材料学报》9月刊上
“由于其独特的性质，钨在能源部和国防部的特定任务应用中发挥了重要作用，”联合首席研究员曼尼亚利博·伊博·马修斯说
“这项工作有助于为钨的新添加剂制造加工领域铺平道路，这将对这些任务产生重大影响
" 通过使用LLNL的Diablo有限元代码进行的实验观察和计算建模，研究人员发现钨中的微裂纹发生在450至650开氏度之间的小窗口中，并且取决于应变率，应变率直接受工艺参数影响
他们还能够将裂纹影响区域的大小和裂纹网络形态与局部残余应力联系起来
该论文的主要作者和联合首席研究员劳伦斯·费罗·贝·弗兰肯设计并完成了实验，还进行了大部分数据分析
“我曾假设钨的裂解会延迟，但结果大大超出了我的预期，”弗兰肯说
“热力学模型为我们所有的实验观察提供了一个解释，两者都足够详细，以捕捉DBT的应变率依赖性
用这种方法，我们有一个很好的工具来确定最有效的策略，以消除裂纹在低功率因数钨
" 研究人员说，这项工作为工艺参数和熔体几何形状对裂纹形成的影响提供了一个详细的、基本的理解，并显示了材料成分和蚀刻对印有钨的零件的结构完整性的影响
研究小组得出结论，添加某些合金元素有助于减少DBT转变和强化金属，而预热有助于减轻微裂纹
该团队正在利用这些结果来评估现有的裂纹缓解技术，例如工艺和合金的改进
研究人员说，这些发现，以及为这项研究开发的诊断方法，将对实验室的最终目标至关重要，即三维印刷无裂纹钨零件能够承受极端环境
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