Düşük ergime sıcaklığına sahip bir alaşımının sürünme modei parametrelerinin sertlik testi ile tahmini

Abstract

Çekme testi, malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için sıklıkla kullanılan test yöntemidir. Ancak, bu yöntemin elde edilmesi ve bakımı pahalı olabilecek hantal enstrümanlara ihtiyacı vardır. Sıkıcı numune hazırlama süreçlerinin ve bazen karmaşık test protokollerinin yanı sıra eğitimli personelin çalışmasını gerektirir. Bu nedenle, gerilme testine kıyasla tahammül edilebilir bir sapma ile aranan malzeme özelliklerini sağlayabilecek daha pratik ve basit bir cihazın kullanımı kullanışlı olabilir. Bu yaklaşım özellikle imalat yapan işletmelerde malzeme özelliklerini hızlı bir şekilde belirlemek amaçlı kullanılabilir. Sertlik ve malzemelerin mukavemeti arasında güçlü bir korelasyon olmasından dolayı, bazı malzeme grupları için gerilme testi ölçümleri yerine sertlik testi yapılmasına yönelik çok sayıda araştırma bulunmaktadır. Bu çalışmada sertlik testiyle, ergime noktası düşük SnBi ötektik alaşımının sıcak mukavemet özelliklerini tahmin etmek üzere bir teknik geliştirilmiştir. SnBi ötektik alaşımının, sürünme üsteli (n) ve kuvvet katsayı (A) değerleri ayrıca gerinim hızı duyarlılık indeksi (m) ve C sabiti değerlerini öngören bir analitik ilişki geliştirilmiştir. Sürünme parametreleri, 25, 45 ve 65 °C sıcaklıklarda SnBi ötektik alaşımın akma dayanımından daha düşük olan 10, 15 ve 20 MPa'lık gerilimler uygulanarak yapılan gerilme testleriyle belirlenmiştir. Ayrıca, gerinin hızı duyarlılık (SRS) parametrelerini hesaplamak için, SRS testleri benzer sıcaklıklarda 10-3, 10-2 ve 10-1 s-1 oranları uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Benzer şekilde, Vickers sertlik ölçümleri ayn altında gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, SnBi alaşımının tek eksenli çekme mekani özellikleri ile sıcak sertlik ölçümleri arasında güçlü bir korelasyon belirledik ve elde ettiğimiz sayısal model mekanik özelliklerin çoğunu yüksek istatistiksel anlamlılıkla tahmin etmiştir. Anahtar Kelimeler: Vickers sertliği, tek eksenli çekme, sürünme stresi üsteli, gerilme hızı duyarlılık indeksi, kalay, bizmut, SnBi alaşımı

The tensile test is a method frequently used to determine the mechanical properties of materials. However, this method needs bulky instruments, which can be costly to attain and maintain. Besides tedious sample preparation processes and sometimes complicated test protocols that necessitate trained personnel to run, which makes this type of test time and money consumed. Therefore, it is convenient to utilize more practical and simple instrumentation that can provide sought material properties with tolerable deviation compared to the tensile test. Such an approach will be well received, particularly by manufacturing facilities. Since there is a strong correlation between hardness and tensile strength of the material, researchers look for ways to substitute tensile test measurements by hardness for some groups of materials. In this study, we took a further step in this endeavor by developing a technique to predict the strength properties of a low melting point alloy Sn-Bi eutectic at elevated temperatures via hardness test. We established an analytical relationship that predicts creep exponent (n) and the strength coefficient (A) values, also the strain rate sensitivity index (m) and the constant (C) values of the eutectic Sn-Bi alloy. Creep parameters were determined in the tensile test by applying stresses of 10, 15, and 20 MPa, which are less than the yield strength of Sn-Bi eutectic alloy at temperatures 25, 45, and 65 °C respectively. Also, the strain rate sensitivity (SRS) tests were performed at similar temperatures by applying strain rates of 10−3, 10−2, and 10−1 s-1 to calculate the SRS parameters. Similarly, Vickers hardness measurements were performed under the same conditions. As a result, we determined a strong correlation between the uniaxial tensile mechanical properties and the hot hardness measurements of the Sn-Bi alloy, and the obtained numeric model predicted most of the mechanical properties with a high statistical significance. Keywords: Vickers hardness, uniaxial tensile, creep, stress exponent, strain rate sensitivity index, Tin, Bismuth, Sn-Bi alloy