Directional solidification of the Sn-Bi-Cu ternary alloy by using bridgman method and investigation of the physical properties of them

Abstract

Sn-36Bi-22Cu (ağ.%) üçlü ötektik alaşımı vakumlu eritme fırını ve döküm fırını kullanılarak hazırlandı. Hazırlanan numuneler Bridgman tipi doğrusal katılaştırma fırınında farklı katılaşma hızları (8.3-166 m/s) altında sabit bir sıcaklık gradyentinde (4.2 K/mm) katılaştırıldı. Lamelsel mikroyapı ve intermetalik fazların (Cu3Sn ve Cu6Sn5) kompozisyonları sırasıyla EDX ve XRD analizlerinden tayin edildi. Lamelsel mesafe (Bi-zengin faz) ve Cu3Sn intermetalik faz mesafesinin katılaşma hızı ile değişimi araştırılmıştır. Lamelsel mesafe, faz mesafesi, mikrosertlik, basma dayanımı ve akma dayanımının katılaşma hızına bağımlılığı belirlendi. Faz mesafeleri, katılaşma hızı ve mekanik özellikler arasındaki bağıntılar doğrusal regrasyon analizi ile tespit edilmiştir. Döküm numunesinin elektriksel özdirenci 200-400 K sıcaklık aralığında Dört Nokta İletkenlik Yöntemi ile ölçülmüştür. Yine döküm numunesinin termal iletkenliği 300-800 K sıcaklık aralığında Karşılaştırmalı Kesik Çubuk Yöntemi ile ölçülmüştür. Sıcaklığın artmasıyla döküm numunesinde termal iletkenlik ve elektriksel iletkenlik azalmıştır.Sn-36Bi-22Cu (wt.%) ternary eutectic alloy was prepared using vacuum melting furnace and casting furnace. The samples were directionally solidified upwards solidification rate varying from 8.3 to 166 μm/s and at a constant temperature gradient (4.2 K/mm) in a Bridgman-type directional solidification furnace. The composition analysis of the lamellar microstructure and the intermetallics phases (Cu3Sn and Cu6Sn5) were determined from EDX and XRD analysis respectively. The variation of the lamellar spacing (Bi-rich phase) and the Cu3Sn phase spacing with the solidification rate were investigated. The dependence of the lamellar spacing, phase spacing, microhardness, ultimate compressive strength and compressive yield strength on solidification rate were determined. The relationships between phase spacings, solidification rate and mechanical properties were determined from linear regression analysis. The electrical resistivity of the as-cast sample was measured with the Four Point Probe Method in the temperature range of 200–400 K. Thermal conductivity of as-cast sample was also measured using Comparison Cut Bar Method in the temperature range of 300–800 K. With the increase of temperature, thermal conductivity and electrical conductivity decreased gradually in as-cast studied alloy