Utah, Salt Lake City'deki Utah Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından yapılan bir araştırma, tungstenin sünekliğini iyileştirmenin yollarını anlatıyor.Genel olarak, az miktarda alaşım içeren saf tungsten ve tungsten alaşımlarının oda sıcaklığında gevrek olduğuna ve yüksek sünek ila gevrek geçiş sıcaklıklarına (DBTT) sahip olduğuna inanılmaktadır.Tungstenin sünekliğinin iyileştirilmesi, tungstenin üretimi ve uygulanması için büyük önem taşımaktadır.
Tungstenin sünekliğini iyileştirmek için on yıllar boyunca sayısız çalışma rapor edilmiş olsa da, kısmen tungstenin mekanik özelliklerinin zayıf anlaşılması ve mikro yapıya bağımlılığı nedeniyle bu bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Tungsten - renyum alaşımı, alaşımlama yoluyla tungstenin sünekliğini geliştirmek için neredeyse bilinen tek yöntemdir. Son yıllarda oksitler, karbürler ve diğerleri dahil olmak üzere katkı maddelerinin etkileri üzerine çok sayıda çalışma bildirilmiş olsa da, bu katkı maddelerinin tungstenin sünekliği üzerindeki etkisi, termal işlemenin etkisi altında şimdiye kadar sonuçsuz kalmıştır veya açık değildir. Tungstenin sünekliğini iyileştirmek için ultra ince parçacıkların veya nanokristallerin mikro yapısını kullanmak, umut verici görünen başka bir yaklaşımdır.
Tungsten, benzersiz özelliklere sahip refrakter bir metaldir. Tüm elementler arasında en yüksek erime noktasına, yüksek elastik modülüne, yüksek yoğunluğa, yüksek ısı iletkenliğine ve yüksek sıcaklıkta mükemmel mekanik özelliklere sahiptir.Bu özel özellikler, tungsteni birçok uygulama için tercih edilen malzeme haline getirir. Son yıllarda tungsten, yüksek erime noktası, düşük püskürtme hızı ve yüksek iyon püskürtme korozyon direnci nedeniyle füzyon reaktörlerinde plazma yüzey bileşenleri için malzemelerden biri olarak tanımlanmıştır.
Bununla birlikte, tungstenin önemli bir dezavantajı, oda sıcaklığında çok az sünekliğe sahip olması ve kırılganlığa geçiş sıcaklığına (DBTT) sünekliğinin çok yüksek olmasıdır.Tungstenin zayıf sünekliği, hem işlenebilirliği hem de zorlu uygulamalardaki performansı açısından büyük zorluklar doğurur.
Sünekliği artırmak için, araştırmacılar iki ana faktör olduğunu öne sürüyorlar: sıkı bir şekilde paketlenmiş düzlemlerin doğası gereği eksikliği ve tane sınırlarının zayıf kohezyonu.Çeşitli yöntemler arasında termal işlemenin en verimli olduğu bulunmuştur. Tungstenin DBTT'si, yeniden kristalleşme sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta yuvarlanarak 700 dereceden fazla 300 dereceden daha azına düşürülebilir. Haddelemeden sonra katmanlı mikro yapı ve yüksek çıkık yoğunluğu dahil olmak üzere, deforme olmuş tungstenin sünekliğinin iyileştirilmesine birkaç ana faktör katkıda bulunur.
Yüksek sıcaklıkta işleme sırasında yeniden kristalleşmeyi en aza indirmek için, tungstenin sünekliğini geliştirmek için geleneksel deformasyon tekniklerine dayalı soğuk işleme de kullanılır.Tungstenin çok yüksek yeniden kristalleşme sıcaklığı nedeniyle, "soğuk" işleme yaklaşık 1400 dereceye kadar gerçekleştirilebilir.Bu şekilde, deformasyon sırasında tungstenin yeniden kristalleşmesi ve tane büyümesi önlenebilir, bu da malzemede daha ince katmanlı mikro yapı ve daha yüksek dislokasyon yoğunluğu ile sonuçlanır.
400 derecede soğuk haddelenmiş tungsten, yüksek sıcaklıkta haddelenmiş malzemeye kıyasla artan dislokasyon yoğunluğu, daha düşük açılı tane sınırları ve mukavemette önemli bir gelişme ve ayrıca daha düşük bir DBTT gösterir.
Tungstenin sünekliğini arttırmanın iyi bilinen bir başka yöntemi de renyum ile alaşım yapmaktır.Peierls tungstenin stresinin azaltılabileceği ve ilave kayma yüzeylerinin, tungsten ve renyumun katı bir çözeltisinin, sözde çözelti yumuşatma yoluyla oluşturulmasıyla kolaylaştırılabileceği bildirilmiştir. Bununla birlikte, renyum yüksek maliyetli nadir bir elementtir ve bu alaşımları birçok uygulama için çok pahalı hale getirir. Benzer sonuçlara ulaşmak için renyumu tantal, vanadyum, titanyum veya diğer elementlerle değiştirmeye yönelik önemli araştırma çalışmaları yapılmıştır.
Ancak şimdiye kadar, bu alaşım elementlerinin etkinliğine dair çok az deneysel kanıt bulunmaktadır.Son yıllarda, metallerin ve seramiklerin araştırma ilerlemesine dayanarak, nanokristal veya ultra ince yapı, tungstenin sünekliğini iyileştirme yöntemi olarak araştırılmıştır. Nanokristal veya ultra ince tungsten parçacıkları üretmek için yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yöntemler incelenmiştir.
Tungsten, benzersiz özelliklere sahip refrakter bir metaldir. Tüm elementler arasında en yüksek erime noktasına, yüksek elastik modülüne, yüksek yoğunluğa, yüksek ısı iletkenliğine ve yüksek sıcaklıkta mükemmel mekanik özelliklere sahiptir.Bu özel özellikler, tungsteni birçok uygulama için tercih edilen malzeme haline getirir. Son yıllarda tungsten, yüksek erime noktası, düşük püskürtme hızı ve yüksek iyon püskürtme korozyon direnci nedeniyle füzyon reaktörlerinde plazma yüzey bileşenleri için malzemelerden biri olarak tanımlanmıştır.
Bununla birlikte, tungstenin önemli bir dezavantajı, oda sıcaklığında çok az sünekliğe sahip olması ve kırılganlığa geçiş sıcaklığına (DBTT) sünekliğinin çok yüksek olmasıdır.Tungstenin zayıf sünekliği, hem işlenebilirliği hem de zorlu uygulamalardaki performansı açısından büyük zorluklar doğurur.
Sünekliği artırmak için, araştırmacılar iki ana faktör olduğunu öne sürüyorlar: sıkı bir şekilde paketlenmiş düzlemlerin doğası gereği eksikliği ve tane sınırlarının zayıf kohezyonu.Çeşitli yöntemler arasında termal işlemenin en verimli olduğu bulunmuştur. Tungstenin DBTT'si, yeniden kristalleşme sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta yuvarlanarak 700 dereceden fazla 300 dereceden daha azına düşürülebilir. Haddelemeden sonra katmanlı mikro yapı ve yüksek çıkık yoğunluğu dahil olmak üzere, deforme olmuş tungstenin sünekliğinin iyileştirilmesine birkaç ana faktör katkıda bulunur.
Yüksek sıcaklıkta işleme sırasında yeniden kristalleşmeyi en aza indirmek için, tungstenin sünekliğini geliştirmek için geleneksel deformasyon tekniklerine dayalı soğuk işleme de kullanılır.Tungstenin çok yüksek yeniden kristalleşme sıcaklığı nedeniyle, "soğuk" işleme yaklaşık 1400 dereceye kadar gerçekleştirilebilir. Bu şekilde, deformasyon sırasında tungstenin yeniden kristalleşmesi ve tane büyümesi önlenebilir, bu da malzemede daha ince katmanlı mikro yapı ve daha yüksek dislokasyon yoğunluğu ile sonuçlanır.
400 derecede soğuk haddelenmiş tungsten, yüksek sıcaklıkta haddelenmiş malzemeye kıyasla artan dislokasyon yoğunluğu, daha düşük açılı tane sınırları ve mukavemette önemli bir gelişme ve ayrıca daha düşük bir DBTT gösterir.
Tungstenin sünekliğini arttırmanın iyi bilinen bir başka yöntemi de renyum ile alaşım yapmaktır. Peierls tungstenin stresinin azaltılabileceği ve ilave kayma yüzeylerinin, tungsten ve renyumun katı bir çözeltisinin, sözde çözelti yumuşatma yoluyla oluşturulmasıyla kolaylaştırılabileceği bildirilmiştir. Bununla birlikte, renyum yüksek maliyetli nadir bir elementtir ve bu alaşımları birçok uygulama için çok pahalı hale getirir. Benzer sonuçlara ulaşmak için renyumu tantal, vanadyum, titanyum veya diğer elementlerle değiştirmeye yönelik önemli araştırma çalışmaları yapılmıştır.
Ancak şimdiye kadar, bu alaşım elementlerinin etkinliğine dair çok az deneysel kanıt bulunmaktadır. Son yıllarda, metallerin ve seramiklerin araştırma ilerlemesine dayanarak, nanokristal veya ultra ince yapı, tungstenin sünekliğini iyileştirme yöntemi olarak araştırılmıştır. Nanokristal veya ultra ince tungsten parçacıkları üretmek için yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yöntemler incelenmiştir.
