Une étude menée par des chercheurs de l'Université de l'Utah à Salt Lake City, Utah, décrit les moyens d'améliorer la ductilité du tungstène.On pense généralement que le tungstène pur et les alliages de tungstène avec une petite quantité d'alliage sont cassants à température ambiante et ont des températures de transition ductile à fragile (DBTT) élevées.L'amélioration de la ductilité du tungstène est d'une grande importance pour la production et l'application du tungstène.
Bien que de nombreuses études aient été rapportées au fil des décennies pour améliorer la ductilité du tungstène, cela reste un défi, en partie à cause d'une mauvaise compréhension des propriétés mécaniques du tungstène et de sa dépendance à la microstructure.
L'alliage tungstène - rhénium est presque la seule méthode connue pour améliorer la ductilité du tungstène par alliage. Bien qu'un grand nombre d'études aient été rapportées ces dernières années sur les effets des additifs, y compris les oxydes, les carbures et autres, l'effet de ces additifs sur la ductilité du tungstène a jusqu'à présent été peu concluant ou non évident sous l'influence de l'usinage thermique. L'utilisation de la microstructure de particules ultrafines ou de nanocristaux pour améliorer la ductilité du tungstène est une autre approche qui semble prometteuse.
Le tungstène est un métal réfractaire aux propriétés uniques. Il a le point de fusion le plus élevé parmi tous les éléments, un module élastique élevé, une densité élevée, une conductivité thermique élevée et d'excellentes propriétés mécaniques à haute température.Ces propriétés particulières font du tungstène le matériau de choix pour de nombreuses applications. Ces dernières années, le tungstène a également été identifié comme l'un des matériaux des composants de surface du plasma dans les réacteurs de fusion en raison de son point de fusion élevé, de sa faible vitesse de pulvérisation et de sa résistance élevée à la corrosion par pulvérisation ionique.
Cependant, un inconvénient majeur du tungstène est qu'il a peu de ductilité à température ambiante, et sa ductilité à la température de transition de fragilité (DBTT) est très élevée.La faible ductilité du tungstène pose de grands défis à la fois à son usinabilité et à ses performances dans les applications difficiles.
Pour améliorer la ductilité, les chercheurs suggèrent qu'il existe deux principaux facteurs contributifs : l'absence inhérente de plans serrés et la mauvaise cohésion des joints de grains.Parmi les différentes méthodes, l'usinage thermique s'est avéré le plus efficace. Le DBTT du tungstène peut être réduit de plus de 700 degrés à moins de 300 degrés en roulant à une température inférieure à la température de recristallisation. Plusieurs facteurs majeurs contribuent à l'amélioration de la ductilité du tungstène déformé, notamment la microstructure lamellaire et la densité de dislocation élevée après laminage.
Afin de minimiser la recristallisation lors du traitement à haute température, un traitement à froid basé sur des techniques de déformation traditionnelles est également utilisé pour améliorer la ductilité du tungstène.En raison de la température de recristallisation très élevée du tungstène, le traitement "à froid" peut être effectué jusqu'à environ 1400 degrés.De cette manière, la recristallisation et la croissance des grains de tungstène pendant la déformation peuvent être empêchées, ce qui entraîne une microstructure lamellaire plus fine et une densité de dislocation plus élevée dans le matériau.
Le tungstène laminé à froid à 400 degrés montre une densité de dislocation accrue, plus de joints de grains à angle faible et une amélioration significative de la résistance, ainsi qu'un DBTT inférieur, par rapport au matériau laminé à haute température.
Une autre méthode bien connue pour améliorer la ductilité du tungstène est l'alliage avec du rhénium.Il a été rapporté que la contrainte de Peierls du tungstène peut être réduite et que des surfaces de glissement supplémentaires peuvent être facilitées par la formation d'une solution solide de tungstène et de rhénium par ce que l'on appelle l'adoucissement en solution. Cependant, le rhénium est un élément rare dont le coût est élevé, rendant ces alliages trop coûteux pour de nombreuses applications. Des travaux de recherche considérables ont été dirigés vers le remplacement du rhénium par du tantale, du vanadium, du titane ou d'autres éléments pour obtenir des résultats similaires.
Jusqu'à présent, cependant, il existe peu de preuves expérimentales de l'efficacité de ces éléments d'alliage.Ces dernières années, sur la base des progrès de la recherche sur les métaux et les céramiques, la structure nanocristalline ou ultrafine a été explorée comme méthode pour améliorer la ductilité du tungstène. Afin de produire des particules de tungstène nanocristallines ou ultrafines, des méthodes descendantes et ascendantes ont été étudiées.
Le tungstène est un métal réfractaire aux propriétés uniques. Il a le point de fusion le plus élevé parmi tous les éléments, un module élastique élevé, une densité élevée, une conductivité thermique élevée et d'excellentes propriétés mécaniques à haute température.Ces propriétés particulières font du tungstène le matériau de choix pour de nombreuses applications. Ces dernières années, le tungstène a également été identifié comme l'un des matériaux des composants de surface du plasma dans les réacteurs de fusion en raison de son point de fusion élevé, de sa faible vitesse de pulvérisation et de sa résistance élevée à la corrosion par pulvérisation ionique.
Cependant, un inconvénient majeur du tungstène est qu'il a peu de ductilité à température ambiante, et sa ductilité à la température de transition de fragilité (DBTT) est très élevée.La faible ductilité du tungstène pose de grands défis à la fois à son usinabilité et à ses performances dans les applications difficiles.
Pour améliorer la ductilité, les chercheurs suggèrent qu'il existe deux principaux facteurs contributifs : l'absence inhérente de plans serrés et la mauvaise cohésion des joints de grains.Parmi les différentes méthodes, l'usinage thermique s'est avéré le plus efficace. Le DBTT du tungstène peut être réduit de plus de 700 degrés à moins de 300 degrés en roulant à une température inférieure à la température de recristallisation. Plusieurs facteurs majeurs contribuent à l'amélioration de la ductilité du tungstène déformé, notamment la microstructure lamellaire et la densité de dislocation élevée après laminage.
Afin de minimiser la recristallisation lors du traitement à haute température, un traitement à froid basé sur des techniques de déformation traditionnelles est également utilisé pour améliorer la ductilité du tungstène.En raison de la température de recristallisation très élevée du tungstène, le traitement "à froid" peut être effectué jusqu'à environ 1400 degrés. De cette manière, la recristallisation et la croissance des grains de tungstène pendant la déformation peuvent être empêchées, ce qui entraîne une microstructure lamellaire plus fine et une densité de dislocation plus élevée dans le matériau.
Le tungstène laminé à froid à 400 degrés montre une densité de dislocation accrue, plus de joints de grains à angle faible et une amélioration significative de la résistance, ainsi qu'un DBTT inférieur, par rapport au matériau laminé à haute température.
Une autre méthode bien connue pour améliorer la ductilité du tungstène est l'alliage avec du rhénium. Il a été rapporté que la contrainte de Peierls du tungstène peut être réduite et que des surfaces de glissement supplémentaires peuvent être facilitées par la formation d'une solution solide de tungstène et de rhénium par ce que l'on appelle l'adoucissement en solution. Cependant, le rhénium est un élément rare dont le coût est élevé, rendant ces alliages trop coûteux pour de nombreuses applications. Des travaux de recherche considérables ont été dirigés vers le remplacement du rhénium par du tantale, du vanadium, du titane ou d'autres éléments pour obtenir des résultats similaires.
Jusqu'à présent, cependant, il existe peu de preuves expérimentales de l'efficacité de ces éléments d'alliage. Ces dernières années, sur la base des progrès de la recherche sur les métaux et les céramiques, la structure nanocristalline ou ultrafine a été explorée comme méthode pour améliorer la ductilité du tungstène. Afin de produire des particules de tungstène nanocristallines ou ultrafines, des méthodes descendantes et ascendantes ont été étudiées.
