Sebuah studi oleh para peneliti di University of Utah di Salt Lake City, Utah, menjelaskan cara-cara untuk meningkatkan keuletan tungsten.Secara umum diyakini bahwa paduan tungsten dan tungsten murni dengan sejumlah kecil paduan rapuh pada suhu kamar dan memiliki suhu transisi ulet ke getas (DBTT) yang tinggi.Meningkatkan keuletan tungsten sangat penting untuk produksi dan penerapan tungsten.
Meskipun banyak penelitian telah dilaporkan selama beberapa dekade untuk meningkatkan keuletan tungsten, ini tetap menjadi tantangan, sebagian karena pemahaman yang buruk tentang sifat mekanik tungsten dan ketergantungannya pada struktur mikro.
Paduan tungsten-renium hampir merupakan satu-satunya metode yang diketahui untuk meningkatkan keuletan tungsten dengan paduan. Meskipun sejumlah besar penelitian telah dilaporkan dalam beberapa tahun terakhir tentang efek aditif, termasuk oksida, karbida, dan lainnya, efek aditif ini pada keuletan tungsten sejauh ini tidak meyakinkan atau tidak jelas di bawah pengaruh pemesinan termal. Menggunakan struktur mikro partikel ultrafine atau nanocrystals untuk meningkatkan keuletan tungsten adalah pendekatan lain yang terlihat menjanjikan.
Tungsten adalah logam tahan api dengan sifat unik. Ini memiliki titik leleh tertinggi di antara semua elemen, modulus elastisitas tinggi, kepadatan tinggi, konduktivitas termal yang tinggi dan sifat mekanik yang sangat baik pada suhu tinggi.Sifat khusus ini menjadikan tungsten sebagai bahan pilihan untuk banyak aplikasi. Dalam beberapa tahun terakhir, tungsten juga telah diidentifikasi sebagai salah satu bahan untuk komponen permukaan plasma dalam reaktor fusi karena titik lelehnya yang tinggi, laju sputtering yang rendah dan ketahanan korosi ionosputtering yang tinggi.
Namun, kelemahan utama dari tungsten adalah bahwa ia memiliki sedikit keuletan pada suhu kamar, dan daktilitasnya ke suhu transisi kerapuhan (DBTT) sangat tinggi.Daktilitas tungsten yang buruk menimbulkan tantangan besar baik untuk kemampuan mesin dan kinerjanya dalam aplikasi yang keras.
Untuk meningkatkan daktilitas, para peneliti menyarankan bahwa ada dua faktor utama yang berkontribusi: kurangnya bidang yang padat dan kohesi batas butir yang buruk.Di antara berbagai metode, pemesinan termal telah ditemukan sebagai yang paling efisien. DBTT tungsten dapat dikurangi dari lebih dari 700 derajat menjadi kurang dari 300 derajat dengan menggulung pada suhu yang lebih rendah dari suhu rekristalisasi. Beberapa faktor utama berkontribusi pada peningkatan keuletan tungsten terdeformasi, termasuk struktur mikro pipih dan kepadatan dislokasi yang tinggi setelah penggulungan.
Untuk meminimalkan rekristalisasi selama pemrosesan suhu tinggi, pemrosesan dingin berdasarkan teknik deformasi tradisional juga digunakan untuk meningkatkan keuletan tungsten.Karena suhu rekristalisasi tungsten yang sangat tinggi, pemrosesan "dingin" dapat dilakukan hingga sekitar 1400 derajat .Dengan cara ini, rekristalisasi dan pertumbuhan butir tungsten selama deformasi dapat dicegah, menghasilkan struktur mikro lamellar yang lebih halus dan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi dalam material.
Tungsten canai dingin pada 400 derajat menunjukkan peningkatan kepadatan dislokasi, batas butir sudut lebih rendah, dan peningkatan kekuatan yang signifikan, serta DBTT yang lebih rendah, dibandingkan dengan bahan canai suhu tinggi.
Metode lain yang terkenal untuk meningkatkan keuletan tungsten adalah paduan dengan renium.Telah dilaporkan bahwa tegangan Peierl dari tungsten dapat dikurangi dan permukaan slip tambahan dapat difasilitasi oleh pembentukan larutan padat tungsten dan renium melalui apa yang disebut pelunakan larutan. Namun, renium adalah elemen langka dengan biaya tinggi, membuat paduan ini terlalu mahal untuk banyak aplikasi. Pekerjaan penelitian yang cukup besar telah diarahkan untuk mengganti renium dengan tantalum, vanadium, titanium atau elemen lain untuk mencapai hasil yang serupa.
Sejauh ini, bagaimanapun, ada sedikit bukti eksperimental untuk efektivitas elemen paduan ini.Dalam beberapa tahun terakhir, berdasarkan kemajuan penelitian logam dan keramik, struktur nanokristalin atau ultrafine telah dieksplorasi sebagai metode untuk meningkatkan keuletan tungsten. Untuk menghasilkan partikel tungsten nanokristalin atau ultrafine, metode top-down dan bottom-up telah dipelajari.
Tungsten adalah logam tahan api dengan sifat unik. Ini memiliki titik leleh tertinggi di antara semua elemen, modulus elastisitas tinggi, kepadatan tinggi, konduktivitas termal yang tinggi dan sifat mekanik yang sangat baik pada suhu tinggi.Sifat khusus ini menjadikan tungsten sebagai bahan pilihan untuk banyak aplikasi. Dalam beberapa tahun terakhir, tungsten juga telah diidentifikasi sebagai salah satu bahan untuk komponen permukaan plasma dalam reaktor fusi karena titik lelehnya yang tinggi, laju sputtering yang rendah dan ketahanan korosi ionosputtering yang tinggi.
Namun, kelemahan utama dari tungsten adalah bahwa ia memiliki sedikit keuletan pada suhu kamar, dan daktilitasnya ke suhu transisi kerapuhan (DBTT) sangat tinggi.Daktilitas tungsten yang buruk menimbulkan tantangan besar baik untuk kemampuan mesin dan kinerjanya dalam aplikasi yang keras.
Untuk meningkatkan daktilitas, para peneliti menyarankan bahwa ada dua faktor utama yang berkontribusi: kurangnya bidang yang padat dan kohesi batas butir yang buruk.Di antara berbagai metode, pemesinan termal telah ditemukan sebagai yang paling efisien. DBTT tungsten dapat dikurangi dari lebih dari 700 derajat menjadi kurang dari 300 derajat dengan menggulung pada suhu yang lebih rendah dari suhu rekristalisasi. Beberapa faktor utama berkontribusi pada peningkatan keuletan tungsten terdeformasi, termasuk struktur mikro pipih dan kepadatan dislokasi yang tinggi setelah penggulungan.
Untuk meminimalkan rekristalisasi selama pemrosesan suhu tinggi, pemrosesan dingin berdasarkan teknik deformasi tradisional juga digunakan untuk meningkatkan keuletan tungsten.Karena suhu rekristalisasi tungsten yang sangat tinggi, pemrosesan "dingin" dapat dilakukan hingga sekitar 1400 derajat . Dengan cara ini, rekristalisasi dan pertumbuhan butir tungsten selama deformasi dapat dicegah, menghasilkan struktur mikro lamellar yang lebih halus dan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi dalam material.
Tungsten canai dingin pada 400 derajat menunjukkan peningkatan kepadatan dislokasi, batas butir sudut lebih rendah, dan peningkatan kekuatan yang signifikan, serta DBTT yang lebih rendah, dibandingkan dengan bahan canai suhu tinggi.
Metode lain yang terkenal untuk meningkatkan keuletan tungsten adalah paduan dengan renium. Telah dilaporkan bahwa tegangan Peierl dari tungsten dapat dikurangi dan permukaan slip tambahan dapat difasilitasi oleh pembentukan larutan padat tungsten dan renium melalui apa yang disebut pelunakan larutan. Namun, renium adalah elemen langka dengan biaya tinggi, membuat paduan ini terlalu mahal untuk banyak aplikasi. Pekerjaan penelitian yang cukup besar telah diarahkan untuk mengganti renium dengan tantalum, vanadium, titanium atau elemen lain untuk mencapai hasil yang serupa.
Sejauh ini, bagaimanapun, ada sedikit bukti eksperimental untuk efektivitas elemen paduan ini. Dalam beberapa tahun terakhir, berdasarkan kemajuan penelitian logam dan keramik, struktur nanokristalin atau ultrafine telah dieksplorasi sebagai metode untuk meningkatkan keuletan tungsten. Untuk menghasilkan partikel tungsten nanokristalin atau ultrafine, metode top-down dan bottom-up telah dipelajari.
