مقدمه

 آلیاژهای قلع– آنتیموان از خانواده آلیاژهای 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 پوششهای مقاوم در برابر خوردگی صفحات فولادی و… در لحیم کاری به عنوان آلیاژ لحیم کاربرد دارند. خواص تغییرشکلی آلیاژهای 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 دارای محدوده ذوب 236 تا°C 243 بوده که یکی از باریکترین محدوده های ذوب در بین این آلیاژهای دوتایی می باشد. افزودن عناصر آلیاژی 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 آلیاژهای زودذوب معرفی گردیده، روند توسعه، محدودیتها و کاربرد آنها مطرح گردیده و خواص مکانیکی سیستم آلیاژی Sn-Sb و عوامل موثر بر آن مورد مطالعه قرار می گیرد.همچنین رهیافت های جدید برای 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 آلیاژهای زودذوب به آلیاژهایی اطلاق می شود که دمای 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 گروههای خاص این نوع آلیاژها مقادیری از فلزات طلا، نقره، روی، تالیم و گالیم نیز وجود دارد [1].
آلیاژهای زودذوب، آلیاژهای پیرسخت شونده هستند. بنابراین خواص مکانیکی به فاصله زمانی از حالت ریختگی، شرایط ریختهگری و سرعت سرد شدن بستگی دارد. خواص مکانیکی بسیاری از آلیاژهای زودذوب به تدریج با گذشت زمان تغییر می کند. این آلیاژها در صورتیکه خواص ترکنندگی مناسب با زیرلایه مورد نظر در لحیم کاری داشته باشند، می توانند به عنوان آلیاژهای لحیم مورد توجه و استفاده قرار گیرند. مهمترین گروه آلیاژهای زودذوب که به عنوان آلیاژهای لحیم مورد استفاده هستند آلیاژهای قلع- سرب، حاوی مقادیری عناصر آلیاژی دیگر نظیر آنتیموان هستند.
1-2- سرب، قلع، آنتیموان و آلیاژهای آنها
قلع و سرب از هزاران سال پیش برای بشر شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. از دیرباز این فلزات و آلیاژهای آنها کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف داشته اند. در این بخش خواص این فلزات و آلیاژهای آنها اجمالاً مورد بررسی قرار می گیرد.
1-2 -1- سرب
سرب فلزی با رنگ خاکستری مایل به آبی با جلای فلزی 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 متمادی به صورت گسترده ای در باتری ها ،صنایع الکترونیک و تسلیحات نظامی کاربرد داشته است.
1-2 -2- قلع
قلع فلزی است با رنگ سفید نقرهای 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 فرایندهای اکستروژن، نورد یا کشش سیم تغییرشکل دهد. وقتی قلع خالص تا دماهای پایین سرد شود از حالت یک ماده سفید فلزی با ساختمان کریستالی BCT به یک پودر خاکستری رنگ با ساختمان کریستالی مکعبی تبدیل می شود. این پدیده به طاعون قلع معروف است . دمای این استحاله °C 2/13 است. در آلیاژهای لحیم این تغییرحالت از سفید به خاکستری بسیار خطرناک می باشد . اضافه کردن بعضی از عناصر آلیاژی (مثل %25/0 آنتیموان ) از طاعون قلع جلوگیری می نماید.

1- آلیاژهای زودذوب                                                                                  4

1-2 – سرب، قلع، آنتیموان و آلیاژهای 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 ی استحکام دهی             11

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

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

 فصل دوم : معرفی آلیاژ بررسی خواص کششی   

  متداول ترین روش مورد استفاده برای توصیف رفتار کارسختی و مطالعه خواص مکانیکی مواد، انجام آزمون کشش تک محوری 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 بسیاری از فلزات انعطاف پذیر که پیش از آزمون کشش، کار سرد نشده اند (یعنی کاملا تابکاری 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 موادی که در دمای محیط مورد استفاده قرار می گیرند، خواص اندازه گیری 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 ای در هنگام تغییر شکل، شروع به نازک 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 دمای پایین تنش تسلیم افزایش می یابد که این افزایش به بخاطر آن است که به نابجایی اجازه کافی برای حرکت داده نمیشود و یا انرژی فعال سازی لازم برای حرکت آنها در دمای پایین فراهم نیست. مواد دردماهای بالا رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. از آن جایی که تحرک اتم ها با افزایش دما به شدت افزایش می یابد، می توان نتیجه گرفت که فرآیندهای کنترل شونده با نفوذ در دمای بالا اثر بسیار مهمی بر خواص مواد دارند. با افزایش دما تحرک نابجایی ها نیز به دلیل فعال شدن مکانیسم صعود افزایش می یابد. علی الاصول مکانیسم های تغییر شکل جدیدی در دمای بالا فعال می شوند. در برخی مواد سیستم های لغزش تغییر می یابند و یا سیستم های لغزش جدیدی فعال میشوند. در نتیجه استحکام مواد کاهش می یابد. همچنین پایداری ساختار مواد در دمای بالا بسیار مهم است. برای مثال ،در دمای بالا، فلزات کار سرد شده تبلور مجدد می یابند و پدیده درشت شدن دانه ها اتفاق می افتد. در آلیاژهای پیر سخت شده، رسوب ها رشد کرده و استحکام کاهش می یابد. مسئله مهم دیگر در دمای بالا واکنش فلز با محیط اطراف خود است. پارامتر مهم دیگر در مورد خواص مواد در دمای بالا، زمان قرار گرفتن در آن دما است. منظوراز دمای بالا، دمای همسانی بزرگ تر از 5/0است. و مفهوم دمای همسانی کسر دمای آزمون به دمای مطلق در مقیاس کلوین می باشد.

2

2-1 -خواص کششی                                                                               15

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

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

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

2-5 – بررسی تأثیر افزودن عناصر آلیاژی بر روی خواص کششیSn-5Sb           ا       21

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

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

 2 -6- تأثیر عملیات حرارتی بر روی 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 زمانهای طولانی خزش نامیده می شود. برای تعیین منحنی خزش مهندسی یک فلز، معمولاً بار ثابت به یک نمونه کششی در دمای 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 ای است که در آن سرعت خزش کاهش می یابد. مرحله دوم خزش موسوم به خزش ثانویه، دورهای با آهنگ خزش تقریباً ثابت است که از ایجاد تعادل بین فرایندهای رقابت کننده کارسختی و بازیابی نتیجه می شود. مرحله سوم خزش عمدتاً در آزمایشهای خزش با بار ثابت و تنش های زیاد در دماهای زیاد رخ می دهد. خزش مرحله سوم هنگامی رخ می دهد که کاهش مؤثری در سطح مقطع به علت گلویی یا تشکیل حفره داخلی به وجود آید [18].
یکی از روش های بررسی رفتار خزش مواد آزمون های فروروندگی است. با انجام این آزمون ها در دماها و تنش های مختلف و با فرض رابطه توانی بین سرعت فروروندگی و تنش اعمالی، می توان کمیت های مهمی مانند نرخ خزش، توان خزشی، اندیس حساسیت به نرخ کرنش و انر ژی فعال سازی را محاسبه نمود و با استفاده از این مقادیر مکانیزم تغییر شکل در دماهای مورد نظر را شناسایی کرد.
از جمله مزایای مهم روش خزش فروروندگی این است که میتوان تمام اطلاعات خزشی مورد نظر را از یک نمونه واحد جمع آوری 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 برای مطالعه خصوصیات خزش اولیه دیرگدازها از قبیل ترکیب های بین فلزی، سرامیکها و مواد رادیواکتیو استفاده کرد. در حالی که اندازهگیری خواص مواد مذکور با روش مرسوم بسیار مشکل است. به بیان دیگر روش خزش فروروندگی را می توان روشی سریع، ساده و غیرمخرب برای به دست آوردن اطلاعات در مورد رفتار مکانیکی مواد دانست [19]. با تعیین توان تنش (n) میتوان مکانیزمهای محتمل که در خزش فروروندگی سهیم هستند را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. با مقایسه این مکانیزمها، مکانیزم غالبیکه بهترین تطابق را با دادههای آزمایشی دارند، مشخص میشوند. بنابراین علاوه بر مشخص شدن مکانیزم خزش فروروندگی، پارامترهای مؤثر بر رفتار خزش مواد از قبیل اندازه دانه، ذرات فاز دوم و شکل ریزساختار را می توان بررسی کرد. مکانیزمهای دخیل در خزش فروروندگی هریک دارای محدودهی معینی از توان تنش می باشند [20]. برای خزش نفوذی 1 =n، لغزش مرز دانهای 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 آلیاژیSn-Sb بر رفتار خزشی                           30

3-3 – بررسی رفتار خزش Sn-5Sbبرای 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 روی رفتار خزشی این آلیاژها                                           36

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

3 -6- تأثیر افزودن عناصر آلیاژی بر روی خواص خزشی آلیاژSn-5Sb      ا              42

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

-8- تأثیر اندازه ذراتSnSbبر روی 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 های متفاوت، الف) Pb-4.5Sbب) Pb-1.25Sb

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

3- مدول الاستیک برای آلیاژ قلع- سرب بر حسب درصد های مختلف سرب

شکل3: منحنی تنش – کـرنش کشـشی آلیـاژ قلـع- سـرب حـاوی و فاقـد آنتیمـوان در نـرخ کـرنش        T = 33 Kو دمای9 × 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 ویـسکرهای مـوازی بـا محـور  دارایطول3تاmm5میباشد.ب)میروگرافنزدیکمحور[100]آلیاژSn-8.1Sb

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

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

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

شکل 10: منحنی های 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 دماهـای 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 آلیاژهای ریختگی

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

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

شکل 13: اثر نرخ کرنش بر(a استحکام کششی،b ) تنش تسلیم وc ) ازدیاد طول نهـایی در آلیاژهـای   80°Cدر دمایSn-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 ای °C80 ب رای آلیاژه ای 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 آلیاژهـای      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 آلیاژهای مستحکم شده محلول جامد

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

شکل 19: منحنی های خزش فروروندگی تحت دمای 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 دمـای °C 100 الـف )در زمـان 30ثانیـه،

ب)در زمان 60 دقیقه و ج) در زمان120دقیقه

شکل 22: منحنی های 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 دماهای متفاوت بـرای حالـت!HWهرمـی بـر اسـاس

Mulhearn،SargentوAshby ،Juhaszروشهای

شکل 25: نمودار XRD حالت های HW و UW

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

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

شکل 28 – منحنی خزش آلیاژهای Sn-10Sb در دماها و تنش های مختلف

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

شـکل 30: رابطـه ت نش و زمـان پ ارگی آلیـاژSn-5Sb  آنی ل شـده در دم ای 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