A utahi Salt Lake Cityben található Utah Egyetem kutatóinak tanulmánya a wolfram képlékenységének javításának módjait írja le.Általában úgy gondolják, hogy a tiszta wolfram és a kis mennyiségű ötvözetet tartalmazó volfrámötvözetek szobahőmérsékleten ridegek, és magas a képlékeny-törékes átmeneti hőmérsékletük (DBTT).A volfrám alakíthatóságának javítása nagy jelentőséggel bír a volfrám gyártása és alkalmazása szempontjából.
Bár az évtizedek során számos tanulmányt közöltek a volfrám hajlékonyságának javítására, ez továbbra is kihívást jelent, részben a volfrám mechanikai tulajdonságainak és a mikroszerkezettől való függőségének nem megfelelő megértése miatt.
A volfrám - rénium ötvözés szinte az egyetlen ismert módszer a volfrám hajlékonyságának javítására ötvözéssel. Bár az utóbbi években számos tanulmány számolt be az adalékanyagok, köztük az oxidok, karbidok és mások hatásairól, ezeknek az adalékoknak a volfrám hajlékonyságára gyakorolt hatása ez idáig nem volt meggyőző, vagy nem volt nyilvánvaló a termikus megmunkálás hatására. Egy másik ígéretes megközelítés az ultrafinom részecskék vagy nanokristályok mikroszerkezetének alkalmazása a volfrám rugalmasságának javítására.
A wolfram egy tűzálló fém, egyedülálló tulajdonságokkal. Az összes elem közül a legmagasabb olvadásponttal, nagy rugalmassági modulussal, nagy sűrűséggel, magas hővezető képességgel és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik magas hőmérsékleten.Ezek a különleges tulajdonságok a volfrámot teszik a választott anyaggá számos alkalmazáshoz. Az elmúlt években a wolframot a fúziós reaktorok plazmafelületi komponenseinek egyik anyagaként is azonosították, magas olvadáspontja, alacsony porlasztási sebessége és nagy ionporlasztásos korrózióállósága miatt.
A volfrám fő hátránya azonban, hogy szobahőmérsékleten csekély a duktilitása, és nagyon magas a rugalmasságtól a ridegségig átmeneti hőmérséklet (DBTT).A volfrám gyenge alakíthatósága nagy kihívást jelent mind a megmunkálhatósága, mind pedig a kemény alkalmazásoknál nyújtott teljesítménye szempontjából.
A hajlékonyság javítása érdekében a kutatók két fő tényezőt javasolnak: a szorosan egymáshoz tömött síkok hiánya és a szemcsehatárok rossz kohéziója.A különféle módszerek közül a termikus megmunkálást találták a leghatékonyabbnak. A wolfram DBTT értéke több mint 700 fokról 300 fok alá csökkenthető, ha az átkristályosítási hőmérsékletnél alacsonyabb hőmérsékleten hengereljük. A deformált volfrám alakíthatóságának javulásához számos fő tényező járul hozzá, beleértve a lamellás mikrostruktúrát és a hengerlés utáni nagy diszlokációs sűrűséget.
A magas hőmérsékletű feldolgozás során az átkristályosodás minimalizálása érdekében a hagyományos deformációs technikákon alapuló hidegfeldolgozást is alkalmazzák a volfrám képlékenységének javítására.A wolfram nagyon magas átkristályosítási hőmérséklete miatt a "hideg" feldolgozás körülbelül 1400 fokig elvégezhető.Ily módon megakadályozható a volfrám átkristályosodása és szemcsenövekedése a deformáció során, ami finomabb lamellás mikrostruktúrát és nagyobb diszlokációs sűrűséget eredményez az anyagban.
A 400 fokos hidegen hengerelt volfrám nagyobb diszlokációs sűrűséget, több kis szögű szemcsehatárt és jelentős szilárdsági javulást, valamint alacsonyabb DBTT-t mutat a magas hőmérsékletű hengerelt anyaghoz képest.
Egy másik jól ismert módszer a volfrám hajlékonyságának javítására a rénium ötvözése.Beszámoltak arról, hogy a wolfram Peierl-féle feszültsége csökkenthető, és további csúszófelületek elősegíthetők volfrám és rénium szilárd oldatának képződésével, úgynevezett oldatlágyítással. A rénium azonban egy ritka elem, magas költséggel, ezért ezek az ötvözetek sok alkalmazáshoz túl drágák. Jelentős kutatási munka irányult a rénium tantálra, vanádiumra, titánra vagy más elemekkel való helyettesítésére hasonló eredmények elérése érdekében.
Egyelőre azonban kevés kísérleti bizonyíték áll rendelkezésre ezen ötvözőelemek hatékonyságára vonatkozóan.Az utóbbi években a fémek és kerámiák kutatásának előrehaladása alapján a nanokristályos vagy ultrafinom szerkezetet kutatták, mint a volfrám alakíthatóságát javító módszert. Nanokristályos vagy ultrafinom volfrám részecskék előállításához felülről lefelé és alulról felfelé irányuló módszereket tanulmányoztak.
A wolfram egy tűzálló fém, egyedülálló tulajdonságokkal. Az összes elem közül a legmagasabb olvadásponttal, nagy rugalmassági modulussal, nagy sűrűséggel, magas hővezető képességgel és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik magas hőmérsékleten.Ezek a különleges tulajdonságok a volfrámot teszik a választott anyaggá számos alkalmazáshoz. Az elmúlt években a wolframot a fúziós reaktorok plazmafelületi komponenseinek egyik anyagaként is azonosították, magas olvadáspontja, alacsony porlasztási sebessége és nagy ionporlasztásos korrózióállósága miatt.
A volfrám fő hátránya azonban, hogy szobahőmérsékleten csekély a duktilitása, és nagyon magas a rugalmasságtól a ridegségig átmeneti hőmérséklet (DBTT).A volfrám gyenge alakíthatósága nagy kihívást jelent mind a megmunkálhatósága, mind pedig a kemény alkalmazásoknál nyújtott teljesítménye szempontjából.
A hajlékonyság javítása érdekében a kutatók két fő tényezőt javasolnak: a szorosan egymáshoz tömött síkok hiánya és a szemcsehatárok rossz kohéziója.A különféle módszerek közül a termikus megmunkálást találták a leghatékonyabbnak. A wolfram DBTT értéke több mint 700 fokról 300 fok alá csökkenthető, ha az átkristályosítási hőmérsékletnél alacsonyabb hőmérsékleten hengereljük. A deformált volfrám alakíthatóságának javulásához számos fő tényező járul hozzá, beleértve a lamellás mikrostruktúrát és a hengerlés utáni nagy diszlokációs sűrűséget.
A magas hőmérsékletű feldolgozás során az átkristályosodás minimalizálása érdekében a hagyományos deformációs technikákon alapuló hidegfeldolgozást is alkalmazzák a volfrám képlékenységének javítására.A wolfram nagyon magas átkristályosítási hőmérséklete miatt a "hideg" feldolgozás körülbelül 1400 fokig elvégezhető. Ily módon megakadályozható a volfrám átkristályosodása és szemcsenövekedése a deformáció során, ami finomabb lamellás mikrostruktúrát és nagyobb diszlokációs sűrűséget eredményez az anyagban.
A 400 fokos hidegen hengerelt volfrám nagyobb diszlokációs sűrűséget, több kis szögű szemcsehatárt és jelentős szilárdsági javulást, valamint alacsonyabb DBTT-t mutat a magas hőmérsékletű hengerelt anyaghoz képest.
Egy másik jól ismert módszer a volfrám hajlékonyságának javítására a rénium ötvözése. Beszámoltak arról, hogy a wolfram Peierl-féle feszültsége csökkenthető, és további csúszófelületek elősegíthetők volfrám és rénium szilárd oldatának képződésével, úgynevezett oldatlágyítással. A rénium azonban egy ritka elem, magas költséggel, ezért ezek az ötvözetek sok alkalmazáshoz túl drágák. Jelentős kutatási munka irányult a rénium tantálra, vanádiumra, titánra vagy más elemekkel való helyettesítésére hasonló eredmények elérése érdekében.
Egyelőre azonban kevés kísérleti bizonyíték áll rendelkezésre ezen ötvözőelemek hatékonyságára vonatkozóan. Az utóbbi években a fémek és kerámiák kutatásának előrehaladása alapján a nanokristályos vagy ultrafinom szerkezetet kutatták, mint a volfrám alakíthatóságát javító módszert. Nanokristályos vagy ultrafinom volfrám részecskék előállításához felülről lefelé és alulról felfelé irányuló módszereket tanulmányoztak.
