vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2019-64-4-391-397vestift-528Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYВлияние распада пересыщенных жидких растворов на структуру и микротвердость быстрозатвердевающих сплавов системы Pb–SnInfluence of decomposition of oversatured liquid solutions on the structure and microhardness of quickly curing alloys of the Pb–Sn systemШепелевичВ. Г.ShepelevichV. G.

Шепелевич Василий Григорьевич – доктор физикоматематических наук, профессор, профессор кафедры «Физика твердого тела».

(пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Vasily G. Shepelevich – D. Sc. (Physics and Mathe matics), Professor, Professor of the Department “Physics of a Solid Body”.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

shepelevich@bsu.byБелаяО. Н.BelayaO. N.

Белая Ольга Николаевна – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры «Медицинская и биологическая физика».

пр. Дзержинского, 93, 220116, Минск

Olga N. Belaya – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Associate Professor of the Department “Medical and Biological Physics”.

93, Dzerzhinsky Ave., 220116, Minsk

olnikbel@yandex.ruНеумержицкаяЕ. Ю.NeumerzhytskayaE. Yu.

Неумержицкая Елена Юрьевна – кандидат физикоматематических наук, доцент, доцент кафедры «Техническая физика».

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Elena Yu. Neumerzhytskaya – Ph. D. (Physics and Mathe matics), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technical Physics.

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

6714002@gmail.comБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityБелорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical UniversityБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University201909012020644391397Copyright © Шепелевич В.Г., Белая О.Н., Неумержицкая Е.Ю., 20202020Шепелевич В.Г., Белая О.Н., Неумержицкая Е.Ю.Shepelevich V.G., Belaya O.N., Neumerzhytskaya E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/528

Представлены результаты исследования структуры и микротвердости фольги сплавов системы свинец–олово, полученной высокоскоростным охлаждением из жидкой фазы. Образец фольги имел следующие размеры: длина – до 10 см, ширина – до 1 см и толщина – 30–80 мкм. Скорость охлаждения расплава составила не менее 105 К/с. Для быстроохлажденной фольги характерна дисперсная структура. Размер выделений олова и свинца не превышает 5 мкм. Удельная поверхность межфазных границ достигает значения 1,7 мкм–1. Из-за переохлаждения в фольге образуется микрокристаллическая структура. Средние длины хорд случайных секущих на сечениях зерен свинца и олова в фольге сплава Pb–73 ат.% Sn равны 0,8 и 1,8 мкм соответственно. В фольге сплавов системы свинец–олово формируется текстура (111) свинца и (100) олова при определенных условиях. Формирование структуры сплавов свинца, содержащих от 20 до 95 ат.% олова, обусловлено протеканием спинодального распада пересыщенного жидкого раствора, а в остальных сплавах – распадом по механизму образования и роста зародышей кристаллических фаз. Расслоение жидкого раствора приводит к формированию областей, обогащенных свинцом и оловом, которые способствуют образованию центров кристаллизации, одинаково распределенных в объеме фольги. Микротвердость фольги сплавов, составы которых близки к эвтектическому, меньше микротвердости массивных сплавов того же состава, что связано с разупрочняющим действием границ зерен и межфазных границ. Выдержка этих сплавов при комнатной температуре вызывает увеличение микротвердости из-за уменьшения проскальзывания на границах. Распад пересыщенных твердых растворов сплавов Pb–5 ат.% Sn и Sn–1 ат.% Pb приводит к уменьшению микротвердости из-за ослабления влияния твердорастворного механизма упрочнения. Результаты исследования могут применяться для создания легкоплавких припоев, подшипниковых сплавов, сплавов для кабельных оболочек с улучшенными физико-химическими свойствами.

The results of studies of the structure and microhardness of foil alloys of the lead–tin system obtained by high-speed cooling from the liquid phase are presented. The foil sample had the following dimensions: length – up to 10 cm, width – up to 1 cm, and thickness – 30–80 microns. Melt cooling rate was not less than 105 K/s. A rapidly cooled foil is chara cterized by a dispersed structure. The size of the discharge of tin and lead does not exceed 5 μm. The specific surface of the interfacial boundaries achieve 1.7 μm–1. Due to supercooling, a microcrystalline structure forms in the foil. The average lengths of chords of random secants on lead and tin grain sections in the Pb–73 at.% Sn alloy foil are 0.8 and 1.8 μm respectively. The texture of (111) lead and (100) tin is formed in the foil of alloys of the lead – tin system under certain conditions. The formation of the structure of lead alloys containing from 20 to 95 at.% tin is due to the occurrence of spinodal decomposition of a supersaturated liquid solution, and, in other alloys, due to decay by the mechanism of formation and growth of nuclei of crystalline phases. The stratification of the liquid solution leads to the formation of areas enriched in lead and tin, which contribute to the formation of crystallization centers that are equally distributed in the volume of the foil. The microhardness of the foil alloys, whose compositions are close to eutectic, is less than the microhardness of massive alloys of the same composition, which is associated with the softening effect of grain boundaries and interphase boundaries. Exposure of these alloys at room temperature causes an increase in microhardness due to a decrease in slippage at the boundaries. The decomposition of supersaturated solid solutions of Pb–5 at.% Sn and Sn–1 at.% Pb alloys leads to a decrease in microhardness due to the weakening of the effect of the solid solution hardening mechanism. The results of the study can be used to create fusible solders, bearing alloys, alloys for cable sheaths with improved physicochemical properties.

высокоскоростное затвердеваниесвинецоловомикрокристаллическая структурамелкодисперсная структуратекстурамикротвердостьмеханизмы упрочненияhigh-speed solidificationleadtinmicrocrystalline structurefine-dispersed structuretexturemicrohardnesshardening mechanismsReferencesМальцев, М. В. Металлография цветных промышленных металлов и сплавов / М. В. Мальцев. – М.: Металлургия, 1970. – 364 с.Mal’cev M. V. Metallography of non-ferrous industrial metals and alloys. Moscow, Metallurgiya Publ., 1970. 364 p. (in Russian).Андрющенко, М. Бессвинцовая пайка. Альтернативные сплавы / М. Андрющенко // Электроника: наука, техника, бизнес. – 2004. – № 5. – С. 47–49.Andryushchenko M. Lead-free soldering. Alternative alloys. Elektronika: nauka, tekhnika, biznes = Electronics: science, technology, business, 2004, no 5, pp. 47–49 (in Russian).Ochoa, F. The effects of cooling rate on microstructure and mechanical behavior of Sn-3.5 Ag solder / F. Ochoa, J. J. Williams, N. Chawla // JOM. – 2003. – Vol. 55, iss. 6. – P. 56–60. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0142-7Ochoa F., Williams J. J., Chawla N. The effects of cooling rate on microstructure and mechanical behavior of Sn-3.5Ag solder. JOM, 2003, vol. 55, iss. 6, pp. 56–60. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0142-7Hui-Wei, Miao. Thermal cycling test in Sn-Bi and Sn-Bi-Cu solder joints / Miao Hui-Wei, Duh Jenq-Gong // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. – 2000. – Vol. 11, iss.8. – P. 609–618. https://doi.org/10.1023/A:1008928729212.Miao Hui-Wei, Duh Jenq-Gong. Thermal cycling test in Sn-Bi and Sn-Bi-Cu solder joints. Journal of Materials Science – Materials in Electronics, 2000, vol. 11, iss. 8, pp. 609–618. https://doi.org/10.1023/A:1008928729212Высокоскоростное затвердевание расплавов: теория, технология и материалы / В. А. Васильев [и др.]. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 1998. – 400 с.Vasil'ev V. A., Mitin B. S., Pashkov I. N., Serov N. M., Skuridin A. A., Lukin A. A., Yakovlev V. B.. High-speed solidification of melts: theory, technology and materials. Moscow, SP Intermet Inzhiniring Publ., 1998. 400 р. (in Russian).Мирошниченко, И. С. Закалка из жидкого состояния / И. С. Мирошниченко. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с.Miroshnichenko I. S. Quenching from a liquid state. Moscow, Metallurgiya Publ., 1982. 192 p. (in Russian).Шепелевич, В. Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы / В. Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2015. – 192 с.Shepelevich V. G. Rapidly hardened low-melting alloys. Minsk, Belarusian State University, 2015. 192 p. (in Russian).Русаков, А. А. Металлография металлов / А. А. Русаков. – М.: Атомиздат, 1977. – 400 с.Rusakov A. A. Metallography of metals. Moscow, Atomizdat Publ., 1977. 400 p. (in Russian).Салтыков, С. А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1976. – 272 с.Saltykov S. A. Stereometric metallography. Moscow, Metallurgiya Publ., 1976. 272 p. (in Russian).Шепелевич, В. Г. Микроструктура и механические свойства эвтектического сплава системы олово–свинец, полученного высокоскоростным затвердеванием / В. Г. Шепелевич, О. Н. Белая, М. В. Гольцев // Приборостроение-2018: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 14–16 нояб. 2018 г. / БНТУ; редкол.: О. К. Гусев [и др.]. – Минск, 2018. – С. 262–264.Shepelevich V. G., Belaya O. N., Goltsev M. V. Microstructure and mechanical properties of a tin-lead eutectic alloy produced by high-speed solidification. Gusev O. K. et al. (eds.). Priborostroyeniye-2018: materialy Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Minsk, 14–16 noyabrya 2018 g. [Instrumentation-2018: Materials of the International Scientific and Technical Conference, Minsk, November 14–16, 2018]. Minsk, Belarusian National Technical University, 2018, pp. 262–264 (in Russian).Шепелевич, В. Г. Микроструктура быстроохлажденных из расплава сплавов системы олово–свинец / В. Г. Шепелевич, О. Н. Белая, Е. Ю. Неумержицкая // Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и физики конденсированного состояния: материалы Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 11–12 мая 2017 г. / НИУ «Ин-т приклад. физ. проблем им. А. Н. Севченко» Белорус. гос. ун-та; редкол.: В. И. Попечиц [и др.]. – Минск, 2017. – С. 293–295.Shepelevich V. G., Belaya O. N., Neumerzhitskaya E. Y. Microstructure of fast-cooled from a melt of tin-lead system alloys. Popechits V. I. et al. (eds.). Prikladnyye problemy optiki, informatiki, radiofiziki i fiziki kondensirovannogo sostoyaniya: Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Minsk, 11–12 maya 2017 g. [Applied problems of optics, computer science, radiophysics and condensed matter physics: Materials of the International Scientific and Technical Conference, Minsk, May 11–12, 2017]. Minsk, A. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University, 2017, pp. 293–295 (in Russian).Разработка процессов получения и применения сплавов припоев в дисперсном состоянии с микрокристаллической или аморфной структурой / И. Н. Пашков [и др.] // Металлургия. – 2010. – № 6. – С. 43–45.Pashkov I. N., Pikunov M. V., Tavolzhanskii S. A., Pashkov A. I. Development of processes for the preparation and use of alloys of solders in a dispersed state with a microcrystalline or amorphous structure. Metallurgist, 2010, vol. 54, no. 5-6, pp. 358-361. https://doi.org/10.1007/s11015-010-9303-4Циглер, Г. Экстремальные принципы термодинамически необратимых процессов и механики сплошной среды / Г. Циглер. – М.: Мир, 1966. – 136 с.Tsigler. G. Extreme principles of thermodynamically irreversible processes and continuum mechanics. Moscow, Mir Publ., 1966. 136 p. (in Russian).Глазов, В. М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия / В. М. Глазов, Л. М. Павлова. – М.: Металлургия, 1988. – 560 с.Glazov V. M., Pavlova L. M Chemical thermodynamics and phase equilibria. Moscow, Metallurgiya Publ., 1988. 560 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.