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Previous issue date: 2016-10-07 === Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) === The present research aims to develop a theoretical/experimental analysis of the
combined effects of solidification thermal parameters, Bi content and addition of
ternary elements (Cu, Ag) on the final microstructure aspects and on the final
mechanical resistances of directionally solidified Sn-Bi, Sn-Bi-Ag and Sn-Bi-Cu
solder alloys under transient heat flow conditions. Hence, experimental
interrelations between microstructure and thermal parameters and between
mechanical properties and microstructure could be established. The
microstructures regarding the Sn-34wt.%Bi and Sn-52wt.%Bi alloys show the
presence of β-Sn dendrites with Bi precipitates on their own, being enveloped
by a lamellar binary Sn-Bi eutectic. The Sn-58wt.%Bi eutectic alloy show a
variety of microstructures along the length of the directionally solidified casting,
which includes binary eutectic, Bi plates, Bi trifoils and fishbone eutectic. In the
case of the ternary Sn-Bi-Ag and Sn-Bi-Cu chemistries, microstructures are
constituted by β-Sn dendrites decorated with Bi particles, Bi-Sn eutectic and
Cu6Sn5 and Ag3Sn intermetallic particles for the Cu and the Ag bearing alloys,
respectively. Experimental growth laws have been derived for both dendritic (λ1,
λ2, λ3) and eutectic (λfine, λcoarse) arrangements considering the following alloys:
binary Sn-34wt.%Bi, Sn-52wt.%Bi e Sn-58wt.%Bi alloys and ternary Sn-
34wt.%Bi-0.1wt.%Cu, Sn-34wt.%Bi-0.7wt.%Cu e Sn-33wt.%Bi-2wt.%Ag.
Considering the binary Sn-Bi, it has been observed that increasing Bi content
(34wt.%-->52wt.%-->58wt.%Bi), may cause a decrease on both strength and
ductility, except for the sample at P=6mm of the Sn-52wt%Bi alloy. Hall-Petch
type functional correlations have been able to represent the evolution of the
tensile mechanical properties for the examined Sn-Bi and Sn-Bi-X alloys. === A presente proposta objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental
sobre os efeitos combinados dos parâmetros térmicos de solidificação
(velocidade de solidificação VL e taxa de resfriamento, ṪL), do teor de Bi e das
adições de terceiros elementos (Cu, Ag) na microestrutura e na resistência
mecânica de ligas Sn-Bi, Sn-Bi-Ag e Sn-Bi-Cu solidificadas unidirecionalmente,
estabelecendo correlações experimentais do tipo microestrutura/parâmetros
térmicos e microestrutura/propriedades mecânicas. As microestruturas para as
ligas binárias Sn-34%Bi e Sn-52%Bi são constituídas de dendritas de Sn com
precipitados de Bi em seu interior, circundadas por um eutético lamelar binário,
Sn-Bi. A liga eutética Sn-58%Bi mostrou uma ampla gama de microestruturas
ao longo de todo o lingote, englobando o eutético binário Sn-Bi, placas e trifoils
de Bi e eutético fishbone. Quanto às ligas ternárias Sn-Bi-Cu e Sn-Bi-Ag
observa-se que as microestruturas são constituídas de dendritas β-Sn
“decoradas” com partículas de Bi em seu interior, circundadas por uma mistura
eutética irregular (Bi+Sn) e seus respectivos compostos intermetálicos
primários Cu6Sn5 e Ag3Sn, respectivamente. As leis de crescimento
experimentais dendrítico (λ1, λ2, λ3) e eutético (λfino, λgrosseiro) para as ligas
binárias Sn-34%Bi, Sn-52%Bi e Sn-58%Bi e para as ligas ternárias Sn-34%Bi-
0,1%Cu, Sn-34%Bi-0,7%Cu e Sn-33%Bi-2%Ag em função de V e Ṫ foram
caracterizadas por equações na forma de potência com aplicação de
expoentes típicos. No caso das ligas binárias Sn-Bi, foi observado que com o
aumento do teor de Bi (34%-->52%-->58%Bi), tanto o limite de resistência à
tração (σt) quanto o alongamento específico diminuem, com exceção dos
resultados para a amostra P=6mm da liga Sn-52%Bi. Relações funcionais do
tipo Hall-Petch foram capazes de descrever a variação das propriedades
mecânicas de tração de ligas Sn-Bi e Sn-Bi-X.
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