Vickers sertlik ölçümü ile kalay-bizmut alaşımlarının çekme tipi mekanik özelliklerinin tahmin edilmesi

Abstract

Gerilim yüklemesi altındaki mekanik özellikler, malzemelerin mekanik davranışını tahmin etmek için en temel olarak kullanılanlardır. Bununla birlikte, çekme testi, yüksek teknoloji tabanlı ekipman, ayrıntılı numune hazırlama protokolleri ve oldukça yüksek maliyet gereksinimleri ile kompleks bir yöntemdir. Malzemelerin sertliği ve gerilme mukavemeti arasında güçlü bir ilişki olduğu için, literatürde bir malzemenin gerilme özellikleri ile sertlik değerleri arasında bir korelasyon kurmayı amaçlayan bazı araştırma çalışmaları vardır. Aslında, sertlik ölçümü çoğunlukla küçük ölçekli enstrümanlar kullanarak bir malzeme hakkında bilgiyi ucuz ve hızlı bir şekilde almak için karmaşık protokoller olmadan gerçekleştirilebilecek kolay bir süreçtir. Bu çalışmada, düşük erime noktalı alaşım bileşimi, kalay-bizmut (Sn-Bi) ve Vickers sertliklerinin gerilme mukavemeti, akma dayanımı, gerinim sertleşmesi katsayısı ve mukavemet sabiti gibi mekanik özellikler arasındaki analitik bir ilişkiyi elde etmek için benzer bir yaklaşım benimsenmiştir. Bu tez çalışması, bu alaşımların, özellikle ötektik bileşim için, mekanik davranışını tahmin edecek bir matematiksel ilişkiyi geliştirmek için, sertlik ve çekme deneylerinden elde edilen verilerin karşılaştırmalı bir analizini kapsamaktadır. Değişen Bi içeriğine sahip alaşımlar, bu çalışmada %30,%40,%50 ve%57 gibi Bi oranları ile kullanılmıştır. Çekme testleri oda sıcaklığında ve nihai gerilme mukavemetine kadar deforme edilerek gerçekleştirilmiş ve verilen alaşım bileşimlerinin yukarıda belirtilen mekanik özelliklerini belirlemek için analiz edilmiştir. Aynı zamanda Vickers sertlik sayılarını elde etmek için sertlik ölçümleri yapılmıştır. Sonuç olarak, gerilme mekanik özellikleri ile Sn-Bi alaşımının sertliği ve mekanik özelliklerin çoğunun istatistiksel olarak anlamlı olduğu yerleşik sayısal model arasında güçlü bir ilişki olduğunu tespit edilmiştir.

Mechanical properties under tensile loading are the most fundamentally used ones to predict the mechanical behavior of materials. However, the tensile test can be a troublesome method concerning its high-technology based equipment, detailed sample preparation protocols, and considerably high cost. Since there is a strong relation between hardness and tensile strength of the materials, there are some research studies aimed to establish a correlation between the tensile properties and hardness values of a material. In fact, hardness measurement is mostly an easy process which can be performed without complicated protocols to get information about a material in an apparently cheap and fast way by using small-scale instruments. In this research work, we adopted a similar approach to attain an analytical relationship between mechanical properties like tensile strength, yield strength, strain hardening exponent and strength coefficient of a low melting point alloy composition, tin-bismuth (Sn-Bi) and their Vickers hardness numbers. This thesis covers a comparative analysis of data from hardness and tensile tests to develop a mathematical relationship that will predict the stress-strain behavior of these alloys, particularly for the eutectic composition. Alloying with varying Bi content of the Sn-Bi alloys is used with Bi percentages such as 30%, 40%, 50% and 57% in this work. Tensile tests were performed at room temperature and they are deformed up to ultimate tensile strength and they were analyzed to determine the aforementioned mechanical properties of the given alloy compositions. Concurrently hardness measurements were performed to obtain their Vickers hardness numbers. As a result, we determine a strong relationship between the tensile mechanical properties and the hardness of the Sn-Bi alloy and the established numeric model predicted most of the mechanical properties with a high statistical significance.