Correlação entre propriedades mecânicas e arranjo dendrítico de ligas Sn-Zn utilizadas em solda sem presença de chumbo

Abstract

RESUMOO desenvolvimento de solda sem chumbo tem sido uma tarefa árdua para cientistas de materiais pelas preocupações com a saúde e com o meio ambiente devido ao conteúdo de chumbo das soldas convencionais. O objetivo do presente trabalho é investigar a influência dos parâmetros da microestrutura dendrítica nas propriedades mecânicas das ligas sem chumbo: Sn-4 e 12%p Zn. Amostras das ligas em estudo foram obtidas por experimentos de solidificação conduzidos em um aparato que proporciona uma solidificação unidirecional vertical ascendente refrigerado à água (25 °C ±2°C), o qual garante a extração de calor apenas pela base do lingote em regime transitório de extração de calor. Os resultados experimentais permitiram estabelecer correlações entre parâmetros térmicos e espaçamentos dendríticos secundários com a resistência à tração e alongamento. Conclui-se dos resultados experimentais que o alongamento específico mostra-se significantemente melhorado (em torno de 10%) com o refino microestrutural para ambas as ligas. Encontrou-se também que em taxas de resfriamento na faixa entre 0,5 e 10 o C/s, a liga Sn-4%p Zn é aquela que apresenta a menor variação entre limites de resistência à tração (31 a 32 MPa) e alongamento que a liga Sn-12%p Zn (29 a 33 MPa).Palavras chaves: liga de solda de Sn-Zn livre de chumbo, propriedades mecânicas, espaçamento dendrítico, parâmetros térmicos de solidificação.Correlation between mechanical properties and dendrite array of the SnZn alloy for lead-free solder ABSTRACTThe development of lead-free solder has been an urgent and hard task for material due to health and environmental concerns over the lead content of conventional solders. The aim of the present work is to investigate the influence of microstructural dendritic array parameters of a Sn-4wt% and 12 wt% Zn lead-free solder alloys on its mechanical properties. A water-cooled (25 °C ±2°C) unidirectional solidification system was used in the experiments. The solidification set-up was designed in such way that the heat was extracted only through the water-cooled bottom, promoting vertical upward directional solidification. The experimental results permitted to establish correlations between thermal parameters and secondary dendrite arm spacings with ultimate tensile strength and elongation. It was concluded that the microstructural refinement has significantly improved the elongation (of about 10%). It was also found that, in a range of the cooling rate of about 0.5 and 10 o C/s, the Sn-4 wt% Zn solder alloy has lower variation of the tensile strength (31 to 32 MPa) and elongation than the Sn-12 wt% Zn solder alloy (29 to 33 MPa).Keywords: Sn-Zn lead-free solder alloy, mechanical properties, dendrite arm spacings, solidification thermal parameters. INTRODUÇÃOA competitividade no setor industrial traz grandes transformações, forçando com que as empresas atendam ao mercado consumidor, oferecendo qualidade agregada à considerável redução nos custos de produção. Mudanças de âmbito tecnológico surgem com o intuito em se obter materiais c...

Substituição das soldas estanho-chumbo na manufatura: efeitos na saúde do trabalhador e no desempenho ambiental

“…A liga de estanho e chumbo (63Sn-37Pb) é uma das mais utilizadas para os processos de montagem de placas e circuitos eletrônicos, pois o chumbo possui um ótimo grau de molhagem e excelentes características no que se refere ao acabamento do produto final (GARCIA et al, 2009). Entretanto, desde o início da década passada, as soldas contendo chumbo vêm sofrendo crescente pressão das leis regulamentares, e uma alternativa para eliminar os riscos potenciais do chumbo é a substituição deste metal por outros componentes de liga menos nocivos à saúde humana (ITSUBO et al, 2003).…”

Modelagem numérica e análise experimental de parâmetros térmicos e microestruturais na solidificação radial de ligas binárias

“…Na simulação numérica dos parâmetros térmicos atuantes nos sistemas de solidificação radial, utiliza-se o modelo numérico desenvolvido em diferenças finitas. Como um parâmetro comparativo, para as ligas solidificadas nos sistemas inward, também são feitas simulações com o modelo analítico previamente proposto por Garcia [1978] para condições de solidificação unidirecionais e adaptadas para solidificação de metais puros em geometrias cilíndricas por Santos [1985] e expandido para ligas metálicas por .…”

“…Vista superior e seção transversal do aparato de medição do deslocamento da parede solidificada na interface interna. Adaptado de Lee et al [Garcia, 1978] Figura 5.41: Deslocamento da isoterma liquidus no sistema inward horizontal, para a liga Pb-0,5%Sb, comparada com o modelo analítico [Garcia, 1978] [Garcia, 1978] Figura 5.57: Velocidade de deslocamento da isoterma liquidus em função da posição para a liga Pb-0,5%Sb, para o sistema de solidificação inward horizontal, comparada com o modelo analítico [Garcia, 1978] [Garcia, 1978] [Garcia, 1978]…”

“…Pelo confronto direto entre perfis de temperatura experimentais e simulados, podem ser determinados os coeficientes globais de transferência de calor na interface metal/molde (h g ). Figura 5.38: Deslocamento da isoterma liquidus no sistema inward, vertical para as ligas Pb-0,5%Sb comparada com o modelo analítico [Garcia, 1978].…”

“…Al-0,5%Fe Figura 5.39: Deslocamento da isoterma liquidus no sistema inward vertical para a liga Al-0,5%Fe comparada com o modelo analítico [Garcia, 1978]. Figura 5.41: Deslocamento da isoterma liquidus no sistema inward horizontal, para a liga Pb-0,5%Sb, comparada com o modelo analítico [Garcia, 1978].…”