مقدمه

 آلیاژهاي قلع– آنتیموان از خانواده آلیاژهاي زودذوب1 به حساب می آیند که با توجه به خواص استحکامی و خزشی مناسب و همچنین به سبب رسانایی خوب، در اتصالات صنایع الکتریکی و الکترونیکی، اتصال پوششهاي مقاوم در برابر خوردگی صفحات فولادي و… در لحیم کاري به عنوان آلیاژ لحیم کاربرد دارند. خواص تغییرشکلی آلیاژهاي قلع- آنتیموان قابل توجه بوده و این آلیاژها قابلیت ارائه رفتار سوپرپلاستیک دارند. آلیاژ دوتایی قلع- آنتیموان یوتکتیک نبوده بلکه پریتکتیک می باشد که در نتیجه نقطه ذوب آن بیشتر از قلع خالص می باشد. رایجترین ترکیب مورد استفاده در میان این خانواده از آلیاژها، Sn–5Sb است. آلیاژ اخیر داراي محدوده ذوب 236 تا°C 243 بوده که یکی از باریکترین محدوده هاي ذوب در بین این آلیاژهاي دوتایی می باشد. افزودن عناصر آلیاژي از قبیل طلا و نقره به آلیاژ Sn–5Sb باعث بهبود خواص مکانیکی ( استحکام کششی و درصد ازدیاد طول ) و کاهش نقطه ذوب آن می گردد.در سمینار حاضر آلیاژهاي زودذوب معرفی گردیده، روند توسعه، محدودیتها و کاربرد آنها مطرح گردیده و خواص مکانیکی سیستم آلیاژي Sn-Sb و عوامل موثر بر آن مورد مطالعه قرار می گیرد.همچنین رهیافت هاي جدید براي بهبود خواص و توسعه کاربرد این سیستم، به اجمال مرور می شود.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکیده

مقدمه

فصل اول : معرفی آلیاژ

اصطلاح آلیاژهاي زودذوب به آلیاژهایی اطلاق می شود که دماي ذوب آنها نسبتاً پایین (تا °C 250) می باشد. غالب این آلیاژها ترکیبات دو تا پنج تایی فلزات قلع، سرب، آنتیموان، بیسموت، کادمیم و ایندیم هستند. در بعضی گروههاي خاص این نوع آلیاژها مقادیري از فلزات طلا، نقره، روي، تالیم و گالیم نیز وجود دارد [1].
آلیاژهاي زودذوب، آلیاژهاي پیرسخت شونده هستند. بنابراین خواص مکانیکی به فاصله زمانی از حالت ریختگی، شرایط ریختهگري و سرعت سرد شدن بستگی دارد. خواص مکانیکی بسیاري از آلیاژهاي زودذوب به تدریج با گذشت زمان تغییر می کند. این آلیاژها در صورتیکه خواص ترکنندگی مناسب با زیرلایه مورد نظر در لحیم کاري داشته باشند، می توانند به عنوان آلیاژهاي لحیم مورد توجه و استفاده قرار گیرند. مهمترین گروه آلیاژهاي زودذوب که به عنوان آلیاژهاي لحیم مورد استفاده هستند آلیاژهاي قلع- سرب، حاوي مقادیري عناصر آلیاژي دیگر نظیر آنتیموان هستند.
1-2- سرب، قلع، آنتیموان و آلیاژهاي آنها
قلع و سرب از هزاران سال پیش براي بشر شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. از دیرباز این فلزات و آلیاژهاي آنها کاربردهاي گسترده اي در صنایع مختلف داشته اند. در این بخش خواص این فلزات و آلیاژهاي آنها اجمالاً مورد بررسی قرار می گیرد.
1-2 -1- سرب
سرب فلزي با رنگ خاکستري مایل به آبی با جلاي فلزي بوده و بسیار نرم با قابلیت انعطاف بسیار عالی است که به آسانی شکل می گیرد. نقطه ذوب سرب پایین و چگالی آن بالاست. امروزه درجهان در حدود پنج میلیون تن سرب سالانه مورد استفاده قرار می گیرد. این عنصر طی سالیان متمادي به صورت گسترده اي در باتري ها ،صنایع الکترونیک و تسلیحات نظامی کاربرد داشته است.
1-2 -2- قلع
قلع فلزي است با رنگ سفید نقرهاي که در مقابل اکسیداسیون مقاومت خوبی دارد و از سرب سخت تر است اما به اندازه کافی نرم هست که با چاقو بریده می شود. قابلیت تغییرشکل آن زیاد است و می تواند در فرایندهاي اکستروژن، نورد یا کشش سیم تغییرشکل دهد. وقتی قلع خالص تا دماهاي پایین سرد شود از حالت یک ماده سفید فلزي با ساختمان کریستالی BCT به یک پودر خاکستري رنگ با ساختمان کریستالی مکعبی تبدیل می شود. این پدیده به طاعون قلع معروف است . دماي این استحاله °C 2/13 است. در آلیاژهاي لحیم این تغییرحالت از سفید به خاکستري بسیار خطرناك می باشد . اضافه کردن بعضی از عناصر آلیاژي (مثل %25/0 آنتیموان ) از طاعون قلع جلوگیري می نماید.

1- آلیاژهاي زودذوب                                                                                  4

1-2 – سرب، قلع، آنتیموان و آلیاژهاي آنها                                                       4

1 -2-1- سرب                                                                                        4

1 -2-2- قلع                                                                                           5

1-2-3- آنتیموان                            5

1-2-4- تاثیر افزودن Sb به Pb                                                                      6

1 -2-4-1 تاثیرافزودن قلع به آلیاژ سرب – آنتیموان                                          7

1-2 -5- تاثیر افزودن Sn به Pb                                    ا                                 7

1 -2-5-1- تاثیر افزودن آنتیموان به سیستم قلع – سرب                                      8

1-2 -6- آلیاژ قلع-آنتیموان                                                                           9

1 -2-6-1 – تأثیر افزودن Sb به Sn و شکل ذرات و نحوه ي استحکام دهی             11

1 -2-6-2 – آنالیز حرارتی آلیاژهايSn-Sb                 ا                                  12

1 -2-6-3 – ریزسختی آلیاژهاي Sn-Sb                      ا                                13

 فصل دوم : معرفی آلیاژ بررسی خواص کششی   

  متداول ترین روش مورد استفاده براي توصیف رفتار کارسختی و مطالعه خواص مکانیکی مواد، انجام آزمون کشش تک محوري است که از آن اطلاعاتی از قبیل استحکام، مدول الاستیک، خواص پلاستیک مواد و همچنین رفتار شکست آنها حاصل می شود.
نتایج بدست آمده از آزمون کشش به شرایط حاکم بر آن (مانند آهنگ کرنش، دما و…) بستگی دارد. زمانی که رفتار کرنش- سختی یا نتایج تنش-کرنش حقیقی در دستگاه مختصات قائم رسم شود، در مورد بسیاري از فلزات انعطاف پذیر که پیش از آزمون کشش، کار سرد نشده اند (یعنی کاملا تابکاري شده اند)، م یتوان رفتار از آغاز تسلیم تا رسیدن به بار حداکثر را با رابطه  Kn یا log logK  nlog توصیف نمود [12]. این رابطه را هولومان در سال 1945 ارائه کرد که در آن σ؛تنش حقیقی ،ε؛کرنش مومسان حقیقی ،n؛ توان کارسختی و K؛ ثابت ماده می باشد.
در مورد بیشتر موادي که در دماي محیط مورد استفاده قرار می گیرند، خواص اندازه گیري شده با تغییرات کوچک در سرعت انجام آزمایش، تفاوت چندانی نخواهد کرد، اما عموما تنش شارش با افزایش آهنگ کرنش افزایش می یابد و با تغییر سرعت آزمایش، یک پرش در مقدار نیرو ایجاد می شود که دلالت بر حساسیت به آهنگ کرنش دارد و می توان آنرا به صورت زیر بیان کرد[13]:
که در آنC ثابت استحکام است و به کرنش، دما و جنس ماده بستگی دارد. m نیز ضریب حساسیت به آهنگ کرنش است [12]. افزایش طول نسبی یکنواخت به توان کارسختی (n) وابسته است و افزایش طول نسبی در ناحیه پس از تغییرشکل یکنواخت با ضریب حساسیت به نرخ کرنش (m) کنترل می شود. اثر اصلی ضریب حساسیت به نرخ کرنش افزایش مقاومت به گردنی شدن است. زمانیکه منطقه اي در هنگام تغییر شکل، شروع به نازك شدن می کند، نرخ کرنش در آن افزایش می یابد، این افزایش استحکام در اثر افزایش نرخ کرنش، موجب توزیع کرنش در سایر مناطق میشود که باعث میشود کرنش به صورت موضعی متمرکز نشود و افزایش طول در ناحیه پس از تغییرشکل یکنواخت افزایش یابد.
در دماي پایین تنش تسلیم افزایش می یابد که این افزایش به بخاطر آن است که به نابجایی اجازه کافی براي حرکت داده نمیشود و یا انرژي فعال سازي لازم براي حرکت آنها در دماي پایین فراهم نیست. مواد دردماهاي بالا رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. از آن جایی که تحرك اتم ها با افزایش دما به شدت افزایش می یابد، می توان نتیجه گرفت که فرآیندهاي کنترل شونده با نفوذ در دماي بالا اثر بسیار مهمی بر خواص مواد دارند. با افزایش دما تحرك نابجایی ها نیز به دلیل فعال شدن مکانیسم صعود افزایش می یابد. علی الاصول مکانیسم هاي تغییر شکل جدیدي در دماي بالا فعال می شوند. در برخی مواد سیستم هاي لغزش تغییر می یابند و یا سیستم هاي لغزش جدیدي فعال میشوند. در نتیجه استحکام مواد کاهش می یابد. همچنین پایداري ساختار مواد در دماي بالا بسیار مهم است. براي مثال ،در دماي بالا، فلزات کار سرد شده تبلور مجدد می یابند و پدیده درشت شدن دانه ها اتفاق می افتد. در آلیاژهاي پیر سخت شده، رسوب ها رشد کرده و استحکام کاهش می یابد. مسئله مهم دیگر در دماي بالا واکنش فلز با محیط اطراف خود است. پارامتر مهم دیگر در مورد خواص مواد در دماي بالا، زمان قرار گرفتن در آن دما است. منظوراز دماي بالا، دماي همسانی بزرگ تر از 5/0است. و مفهوم دماي همسانی کسر دماي آزمون به دماي مطلق در مقیاس کلوین می باشد.

2

2-1 -خواص کششی                                                                               15

2-2 – بررسی خواص کششیSn-5Sb در دماي محیط                                         16

2-3 – تأثیر دما بر روي خواص کششی و شکست آلیاژSn-5Sb             ا                  18

2-4 – بررسی تغییرات ریزساختار آلیاژ در دماي مختلف                                      20

2-5 – بررسی تأثیر افزودن عناصر آلیاژي بر روي خواص کششیSn-5Sb           ا       21

 2 -5-1- تأثیر افزودن Au و Ag بر روي منحنی تنش – کرنش آلیاژ Sn-5Sb     ا      23

 2-5 -2- تأثیر دما بر روي منحنی تنش –کرنش آلیاژSn-5Sb          ا                    23

 2 -6- تأثیر عملیات حرارتی بر روي خواص مکانیکی آلیاژ Sn-5Sb     ا                    25

 2 -7- تأثیر عملیات حر ارتی بر مقاومت الکتریکی آلیاژSn-5Sb    ا                         26

 فصل سوم : بررسی رفتارخزشی       

  1- بررسی رفتار خزشی آلیاژ Sn-5Sb
تغییر شکل فزاینده یک ماده تحت تنش ثابت در زمانهاي طولانی خزش نامیده می شود. براي تعیین منحنی خزش مهندسی یک فلز، معمولاً بار ثابت به یک نمونه کششی در دماي ثابت وارد می شود و کرنش نمونه برحسب زمان تعیین می شود. به طور کلی منحنی خزش به سه ناحیه تقسیم می شود:
اولین مرحله خزش که خزش اولیه نامیده می شود ، ناحیه اي است که در آن سرعت خزش کاهش می یابد. مرحله دوم خزش موسوم به خزش ثانویه، دورهاي با آهنگ خزش تقریباً ثابت است که از ایجاد تعادل بین فرایندهاي رقابت کنندة کارسختی و بازیابی نتیجه می شود. مرحله سوم خزش عمدتاً در آزمایشهاي خزش با بار ثابت و تنش هاي زیاد در دماهاي زیاد رخ می دهد. خزش مرحله سوم هنگامی رخ می دهد که کاهش مؤثري در سطح مقطع به علت گلویی یا تشکیل حفره داخلی به وجود آید [18].
یکی از روش هاي بررسی رفتار خزش مواد آزمون هاي فروروندگی است. با انجام این آزمون ها در دماها و تنش هاي مختلف و با فرض رابطه توانی بین سرعت فروروندگی و تنش اعمالی، می توان کمیت هاي مهمی مانند نرخ خزش، توان خزشی، اندیس حساسیت به نرخ کرنش و انر ژي فعال سازي را محاسبه نمود و با استفاده از این مقادیر مکانیزم تغییر شکل در دماهاي مورد نظر را شناسایی کرد.
از جمله مزایاي مهم روش خزش فروروندگی این است که میتوان تمام اطلاعات خزشی مورد نظر را از یک نمونه واحد جمع آوري کرد. این امر باعث می شود که نه تنها مشکل تهیه نمونه برطرف شود ،بلکه مشکل عدم یکنواختی در نمونه ها هم از بین میرود. از این روش می توان براي مطالعه خصوصیات خزش اولیه دیرگدازها از قبیل ترکیب هاي بین فلزي، سرامیکها و مواد رادیواکتیو استفاده کرد. در حالی که اندازهگیري خواص مواد مذکور با روش مرسوم بسیار مشکل است. به بیان دیگر روش خزش فروروندگی را می توان روشی سریع، ساده و غیرمخرب براي به دست آوردن اطلاعات در مورد رفتار مکانیکی مواد دانست [19]. با تعیین توان تنش (n) میتوان مکانیزمهاي محتمل که در خزش فروروندگی سهیم هستند را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. با مقایسه این مکانیزمها، مکانیزم غالبیکه بهترین تطابق را با دادههاي آزمایشی دارند، مشخص میشوند. بنابراین علاوه بر مشخص شدن مکانیزم خزش فروروندگی، پارامترهاي مؤثر بر رفتار خزش مواد از قبیل اندازه دانه، ذرات فاز دوم و شکل ریزساختار را می توان بررسی کرد. مکانیزمهاي دخیل در خزش فروروندگی هریک داراي محدودهي معینی از توان تنش می باشند [20]. براي خزش نفوذي 1 =n، لغزش مرز دانهاي 2 =n، صعود نابجایی 5-4 =n و لغزش نابجایی 7-5 =n که با حضور ذرات استحکام زا به 12-8 افزایش می یابد. با افزایش مقدار توان تنش (n) مقاومت در مقابل خزش افزایش می یابد.

3

3-1 – بررسی رفتار خزشی آلیاژ Sn-5Sb            ا                                            29

3-2 – تأثیر مقدارSb موجود در سیستم آلیاژيSn-Sb بر رفتار خزشی                           30

3-3 – بررسی رفتار خزش Sn-5Sbبراي دو شرایط مختلف کار شده و ریختگی           31

3-4 – بررسی رفتار خزشی آلیاژSn-5Sb با استفاده از روش سختی سنجی                 33

3 -4-1- تاثیر دما بر روي رفتار خزشی این آلیاژها                                           36

3-5 – تاثیرECAPبر روي رفتار خزشیSn-5Sb           ا                                   40

3 -6- تأثیر افزودن عناصر آلیاژي بر روي خواص خزشی آلیاژSn-5Sb      ا              42

3 -7- بررسی تأثیر عملیات آنیل بر روي خواص خزشی آلیاژ Sn-5Sb    ا                 43

-8- تأثیر اندازه ذراتSnSbبر روي رفتار خزشی Sn-5Sbا                           44

3-9 – بررسی تست تنش- پارگی در آلیاژ Sn-5Sb               ا                              45

 منابع

فهرست منابع فارسی

فهرست منابع لاتین

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

 فهرست شکلها                            

شکل 1: منحنی تنش- کرنش کششی با نرخ کرنش هاي متفاوت، الف) Pb-4.5Sbب) Pb-1.25Sb

شکل2: منحنی تغییرات الف) درصد تغییرات طـول ب1)- اسـتحکام کشـشی، 2- اسـتحکام برشـی ،

3- مدول الاستیک براي آلیاژ قلع- سرب بر حسب درصد هاي مختلف سرب

شکل3: منحنی تنش – کـرنش کشـشی آلیـاژ قلـع- سـرب حـاوي و فاقـد آنتیمـوان در نـرخ کـرنش        T = 33 Kو دماي9 × 10–4 s–1

شکل 4: دیاگرام فاز سیستم قلع- آنتیموان

شکل 5: ریزساختار آلیاژ لحیمSn–5Sb سریع منجمد شدهالف)SEMوب)OM

شکل6:الـف ) میکروگـرافنزدیـک محـو ر[011] آلیـاژSn-8.1Sbطـول ویـسکرهاي مـوازي بـا محـور  دارايطول3تاmm5میباشد.ب)میروگرافنزدیکمحور[100]آلیاژSn-8.1Sb

شکل 7: a) گرماي ویژه برحسب دما در آلیاژ b،Sn–5Sb ) منحنی دما – زمان سرد شدن

شکل 8: تغییرات m برحسب نرخ کرنش آلیاژ Sn-5Sb در دماي محیط

شکل 9: تغییرات تنش برحسب کرنش آلیاژ Sn-5Sb در دماي محیط (1s410 و1s310 )

شکل 10: منحنی هاي تنش- کرنش آلیاژ Sn-5Sb الف) در نرخ کرنش1 s410 و ب) 1 s310

شکل 11: تصاویر ریزساختار آلیـاژSn-5Sb تغییرشـکل بافتـهدر نـرخ کـرنش1S 410در دماهـاي مختلف الف)°C25، ب) °C100، ج) °C150 و د) °C200Sn-5Sb-1.5Au(cوSn-5Sb-3.5Ag(b،Sn-5Sb (a

شکل 12: تصاویر ریزساختار آلیاژهاي ریختگی

شکل 13: الگوهاي پراش اشعهX آلیاژهـاي ریختگـیSn-5Sb-3.5Ag (b،Sn-5Sb (a وSn-5Sb- (c1.5Au

شکل 14: منحنی هاي تنش- کرنش آلیاژهاي Sn-5Sb-3.5Ag ،Sn-5Sb و Sn-5Sb-1.5Au در دمـاي°C70 در نرخ کرنش 1S 2103/1

شکل 13: اثر نرخ کرنش بر(a استحکام کششی،b ) تنش تسلیم وc ) ازدیاد طول نهـایی در آلیاژهـاي   80°Cدر دمايSn-5Sb-1.5Au وSn-5Sb-3.5Ag ،Sn-5Sb

ش کل 14: ت نش اعم الی ب ر ح سب ن رخ ک رنش در دم اي °C80 ب راي آلیاژه اي لح یم Sn-5Sb،    25

Sn-5Sb-1.5AuوSn-5Sb-3.5Ag

شکل 15: اثر دمـا بـرa ) اسـتحکام کشـشی،b ) تـنش تـسلیم وc ) ازدیـاد طـول نهـایی در آلیاژهـاي      1/3 10-2S -1در نرخ کرنشSn-5Sb-1.5Au وSn-5Sb-3.5Ag ،Sn-5Sb

شکل 16: منحنی تنش کرنش آلیاژ Sn-5Sb قبل و بعد از عملیات آنیل

شکل 17: نتایج تست خزش آلیاژهاي مستحکم شده محلول جامد

شکل 18: منحنی هاي خزش فروروندگی تحت تنش هاي مختلف در دماي K298 الف) ریختگی ،ب) کار شده

شکل 19: منحنی هاي خزش فروروندگی تحت دماي مختلف الف) ریختگی  = 80 MPa و ب)کار   30MPشده

شکل20: تصاویر ریزساختار آلیاژ Sn-5Sb در شرایط الف) کار شده وب) ریختگی

شکل 21: قطر اثر فرورونده آلیاژ Sn-5Sb در شـرایط UC و دمـاي °C 100 الـف )در زمـان 30ثانیـه،

ب)در زمان 60 دقیقه و ج) در زمان120دقیقه

شکل 22: منحنی هاي خزش فروروندگی آلیاژSn-5Sb تحت بارمختلف در شرایط الـف ) UC، ب) HC

HW(دUW

شکل23: تصاویر ریزساختار آلیاژ Sn-5Sb در شرایط الف) UC، ب) HC ج) UW د) H

شکل24: LogHv!š!!!!!!!بر حسب !Logt !در دماهاي متفاوت بـراي حالـت!HWهرمـی بـر اسـاس

Mulhearn،SargentوAshby ،Juhaszروشهاي

شکل 25: نمودار XRD حالت هاي HW و UW

شکل 26: نتایج آزمون خزش در دماي K298، الف) براي نمونه ECAP شده، ب) نمونه نورد شده

شــکل 27: منحنــی خــزش آلیاژهــ اي Sn-5Sb-3.5Ag و Sn-5Sb-1.5Au تحــ ت شــ رایط  25 °Cو دماي 41MPa

شکل 28 – منحنی خزش آلیاژهاي Sn-10Sb در دماها و تنش هاي مختلف

شکل 29: الف) میکروگراف نوري نمونه هاي آلیاژSn-10Sb دریافتی، ب) ریزسـاختار آلیـاژSn-10Sbپس از آنیل به مدت یک ساعت در دماي °C100 ج) در دماي °C150و د) در دماي °C175

شـکل 30: رابطـه ت نش و زمـان پ ارگی آلیـاژSn-5Sb  آنی ل شـده در دم اي الـف) K2±498 و   326 ± 2 K (ب

ABSTRACT
In this report , deformation behavior of Sn-Sb alloy were investigated. This alloy is known lead-free alloy and Deformation behavior of this alloy is very important. A good combination of high strength and high ductility was attained by grain refinement which aretechnologically important for the industrial development of lead-based bearing alloys. the effects of Ag, Bi, Cu and Pb elements additions on the deformation behavior of wrought Sn-5Sb alloy were investigated


 


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان


فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان