Uno studio condotto da ricercatori dell'Università dello Utah a Salt Lake City, nello Utah, descrive i modi per migliorare la duttilità del tungsteno.Si ritiene generalmente che il tungsteno puro e le leghe di tungsteno con una piccola quantità di lega siano fragili a temperatura ambiente e abbiano temperature di transizione da duttile a fragile (DBTT).Il miglioramento della duttilità del tungsteno è di grande importanza per la produzione e l'applicazione del tungsteno.
Sebbene nel corso dei decenni siano stati riportati numerosi studi per migliorare la duttilità del tungsteno, questa rimane una sfida, in parte a causa della scarsa comprensione delle proprietà meccaniche del tungsteno e della sua dipendenza dalla microstruttura.
La lega di tungsteno - renio è quasi l'unico metodo noto per migliorare la duttilità del tungsteno mediante lega. Sebbene negli ultimi anni sia stato riportato un gran numero di studi sugli effetti degli additivi, inclusi ossidi, carburi e altri, l'effetto di questi additivi sulla duttilità del tungsteno è stato finora inconcludente o non evidente sotto l'influenza della lavorazione termica. L'uso della microstruttura di particelle ultrafini o nanocristalli per migliorare la duttilità del tungsteno è un altro approccio che sembra promettente.
Il tungsteno è un metallo refrattario con proprietà uniche. Ha il punto di fusione più alto tra tutti gli elementi, alto modulo elastico, alta densità, alta conducibilità termica ed eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura.Queste proprietà speciali rendono il tungsteno il materiale preferito per molte applicazioni. Negli ultimi anni, il tungsteno è stato anche identificato come uno dei materiali per i componenti della superficie del plasma nei reattori a fusione grazie al suo alto punto di fusione, al basso tasso di sputtering e all'elevata resistenza alla corrosione dello ionosputtering.
Tuttavia, uno dei principali svantaggi del tungsteno è che ha poca duttilità a temperatura ambiente e la sua temperatura di transizione dalla duttilità alla fragilità (DBTT) è molto alta.La scarsa duttilità del tungsteno pone grandi sfide sia alla sua lavorabilità che alle sue prestazioni in applicazioni difficili.
Per migliorare la duttilità, i ricercatori suggeriscono che ci sono due fattori principali che contribuiscono: la mancanza intrinseca di piani fitti e la scarsa coesione dei bordi dei grani.Tra i vari metodi, la lavorazione termica si è rivelata la più efficiente. Il DBTT del tungsteno può essere ridotto da più di 700 gradi a meno di 300 gradi rotolando a una temperatura inferiore alla temperatura di ricristallizzazione. Diversi fattori importanti contribuiscono al miglioramento della duttilità del tungsteno deformato, inclusa la microstruttura lamellare e l'elevata densità di dislocazione dopo la laminazione.
Al fine di ridurre al minimo la ricristallizzazione durante la lavorazione ad alta temperatura, viene utilizzata anche la lavorazione a freddo basata su tecniche di deformazione tradizionali per migliorare la duttilità del tungsteno.A causa della temperatura di ricristallizzazione molto elevata del tungsteno, la lavorazione "a freddo" può essere eseguita fino a circa 1400 gradi.In questo modo, è possibile prevenire la ricristallizzazione e la crescita del grano del tungsteno durante la deformazione, con conseguente microstruttura lamellare più fine e una maggiore densità di dislocazione nel materiale.
Il tungsteno laminato a freddo a 400 gradi mostra una maggiore densità di dislocazione, bordi dei grani più angolari e un miglioramento significativo della resistenza, nonché un DBTT inferiore, rispetto al materiale laminato ad alta temperatura.
Un altro metodo ben noto per migliorare la duttilità del tungsteno è la lega con renio.È stato riportato che lo stress di Peierl del tungsteno può essere ridotto e ulteriori superfici di scorrimento possono essere facilitate dalla formazione di una soluzione solida di tungsteno e renio attraverso il cosiddetto ammorbidimento della soluzione. Tuttavia, il renio è un elemento raro con costi elevati, il che rende queste leghe troppo costose per molte applicazioni. Un considerevole lavoro di ricerca è stato diretto alla sostituzione del renio con tantalio, vanadio, titanio o altri elementi per ottenere risultati simili.
Finora, tuttavia, ci sono poche prove sperimentali dell'efficacia di questi elementi di lega.Negli ultimi anni, sulla base dei progressi della ricerca su metalli e ceramiche, la struttura nanocristallina o ultrafine è stata esplorata come metodo per migliorare la duttilità del tungsteno. Per produrre particelle di tungsteno nanocristalline o ultrafini, sono stati studiati metodi top-down e bottom-up.
Il tungsteno è un metallo refrattario con proprietà uniche. Ha il punto di fusione più alto tra tutti gli elementi, alto modulo elastico, alta densità, alta conducibilità termica ed eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura.Queste proprietà speciali rendono il tungsteno il materiale preferito per molte applicazioni. Negli ultimi anni, il tungsteno è stato anche identificato come uno dei materiali per i componenti della superficie del plasma nei reattori a fusione grazie al suo alto punto di fusione, al basso tasso di sputtering e all'elevata resistenza alla corrosione dello ionosputtering.
Tuttavia, uno dei principali svantaggi del tungsteno è che ha poca duttilità a temperatura ambiente e la sua temperatura di transizione dalla duttilità alla fragilità (DBTT) è molto alta.La scarsa duttilità del tungsteno pone grandi sfide sia alla sua lavorabilità che alle sue prestazioni in applicazioni difficili.
Per migliorare la duttilità, i ricercatori suggeriscono che ci sono due fattori principali che contribuiscono: la mancanza intrinseca di piani fitti e la scarsa coesione dei bordi dei grani.Tra i vari metodi, la lavorazione termica si è rivelata la più efficiente. Il DBTT del tungsteno può essere ridotto da più di 700 gradi a meno di 300 gradi rotolando a una temperatura inferiore alla temperatura di ricristallizzazione. Diversi fattori importanti contribuiscono al miglioramento della duttilità del tungsteno deformato, inclusa la microstruttura lamellare e l'elevata densità di dislocazione dopo la laminazione.
Al fine di ridurre al minimo la ricristallizzazione durante la lavorazione ad alta temperatura, viene utilizzata anche la lavorazione a freddo basata su tecniche di deformazione tradizionali per migliorare la duttilità del tungsteno.A causa della temperatura di ricristallizzazione molto elevata del tungsteno, la lavorazione "a freddo" può essere eseguita fino a circa 1400 gradi. In questo modo, è possibile prevenire la ricristallizzazione e la crescita del grano del tungsteno durante la deformazione, con conseguente microstruttura lamellare più fine e una maggiore densità di dislocazione nel materiale.
Il tungsteno laminato a freddo a 400 gradi mostra una maggiore densità di dislocazione, bordi dei grani più angolari e un miglioramento significativo della resistenza, nonché un DBTT inferiore, rispetto al materiale laminato ad alta temperatura.
Un altro metodo ben noto per migliorare la duttilità del tungsteno è la lega con renio. È stato riportato che lo stress di Peierl del tungsteno può essere ridotto e ulteriori superfici di scorrimento possono essere facilitate dalla formazione di una soluzione solida di tungsteno e renio attraverso il cosiddetto ammorbidimento della soluzione. Tuttavia, il renio è un elemento raro con costi elevati, il che rende queste leghe troppo costose per molte applicazioni. Un considerevole lavoro di ricerca è stato diretto alla sostituzione del renio con tantalio, vanadio, titanio o altri elementi per ottenere risultati simili.
Finora, tuttavia, ci sono poche prove sperimentali dell'efficacia di questi elementi di lega. Negli ultimi anni, sulla base dei progressi della ricerca su metalli e ceramiche, la struttura nanocristallina o ultrafine è stata esplorata come metodo per migliorare la duttilità del tungsteno. Per produrre particelle di tungsteno nanocristalline o ultrafini, sono stati studiati metodi top-down e bottom-up.
