The present study investigates the impact shear strength of thermal aged Sn-3Ag-0.5Cu lead-free solder joints at impact speeds ranging from 0.5 m/s to 2.5 m/s. The specimens were thermal aged for 24, 100, 250 and 1000 hours at $100^{\circ}C$. The experimental results demonstrate that the shear strength of the solder joint decreases with an increase in the load speed and aging time. The shear strength of the solder joint aged averagely decreased by 43% with an increase in the strain rate. For the as-reflowed specimens, the mode II stress intensity factor ($K_{II}$) of interfacial IMC between Sn-3.0Ag-0.5Cu and a copper substrate also was found to decrease from $1.63MPa.m^{0.5}$ to $0.97MPa.m^{0.5}$ in the speed range tested here. The degradations in the shear strength and fracture toughness of the aged solder joints are mainly caused by the growth of IMC layers at the solder/substrate interface.
The present study deals with the effects of tempering treatment on the microstructure and mechanical properties of Cu-bearing high-strength steels. Three kinds of steel specimens with different levels of Cu content were fabricated by controlled rolling and accelerated cooling, ; some of these steel specimen were tempered at temperatures ranging from $350^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$ for 30 min. Hardness, tensile, and Charpy impact tests were conducted in order to investigate the relationship of microstructure and mechanical properties. The hardness of the Cu-added specimens is much higher than that of Cu-free specimen, presumably due to the enhanced solid solution hardening and precipitation hardening, result from the formation of very-fine Cu precipitates. Tensile test results indicated that the yield strength increased and then slightly decreased, while the tensile strength gradually decreased with increasing tempering temperature. On the other hand, the energy absorbed at room and lower temperatures remarkably increased after tempering at $350^{\circ}C$; and after this, the energy absorbed then did not change much. Suitable tempering treatment remarkably improved both the strength and the impact toughness. In the 1.5 Cu steel specimen tempered at $550^{\circ}C$, the yield strength reached 1.2 GPa and the absorbed energy at $-20^{\circ}C$ showed a level above 200 J, which was the best combination of high strength and good toughness.
The influence of Cu and Ni on the ductile-brittle transition behavior of metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloys with N contents below 0.5 wt.% was investigated in terms of austenite stability and microstructure. All the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloys exhibited a ductile-brittle transition behavior by unusual low-temperature brittle fracture, irrespective of Cu and/or Ni addition, and deformation-induced martensitic transformation occasionally occurred during Charpy impact testing at lower temperatures due to reduced austenite stability resulting from insufficient N content. The formation of deformation-induced martensite substantially increased the ductile-brittle transition temperature(DBTT) by deteriorating low-temperature toughness because the martensite was more brittle than the parent austenite phase beyond the energy absorbed during transformation, and its volume fraction was too small. On the other hand, the Cu addition to the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloy increased DBTT because the presence of ${\delta}$-ferrite had a negative effect on low-temperature toughness. However, the combined addition of Cu and Ni to the metastable austenitic Fe-18Cr-10Mn-N alloy decreased DBTT, compared to the sole addtion of Ni or Cu. This could be explained by the fact that the combined addition of Cu and Ni largely enhanced austenite stability, and suppressed the formation of deformation-induced martensite and ${\delta}$-ferrite in conjunction with the beneficial effect of Cu which may increase stacking fault energy, so that it allows cross-slip to occur and thus reduces the planarity of the deformation mechanism.
Effects of B and Cu additions on the microstructure and mechanical properties of high-strength bainitic steels were investigated in this study. Six kinds of high-strength bainitic steels with different B and Cu contents were fabricated by thermo-mechanical control process composed of controlled rolling and accelerated cooling. The microstructures of the steels were analyzed using optical and transmission microscopy, and the tensile and impact tests were conducted on them in order to investigate the correlation of microstructure with mechanical properties. Depending on the addition of B and Cu, various low-temperature transformation products such as GB (granular bainite), DUB (degenerated upper bainite), LB (lower bainite), and LM (lath martensite) were formed in the steels. The addition of B and Cu increased the yield and tensile strengths because of improved hardenability and solid solution strengthening, but decreased the ductility and low-temperature toughness. The steels containing both B and Cu had a very high strength above 1.0 GPa, but showed a worse low-temperature toughness of higher DBTT (ductile-to-brittle transition temperature) and lower absorbed energy. On the other hand, the steels having GB and DUB showed a good combination of tensile and impact properties in terms of strength, ductility, yield ratio, absorbed energy, and DBTT.
A study was made to examine the characteristics of base metal and stress relief cracking(SRC) of heat affected zone(HAZ) for HY-100 and Cu-bearing HSLA-100 steels. The Gleeble thermal/mechanical simulator was used to simulate the SRC/HAZ. The details of mechanical properties of base plate and SRC tested specimens were studied by impact test, optical microscopy and scanning electron microscopy. The specimens were aged at $650^{\circ}C$ for HSLA-100 steel and at $660^{\circ}C$ for HY-100 steel and thermal cycled from $1350^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$ with a cooling time of $\Delta$t_${800^{circ}C/500^{circ}C}$=21sec. corresponds to the heat input of 30kJ/cm. The thermal cycled specimens were stressed to a predetermined level of 248~600MPa and then reheated to the stress relief temperatures of $570~620^{\circ}C$. The time to failure$(t_f)$ at a given stress level was used as a measure of SRC susceptibility. The strength, elongation and impact toughness of base plate were greater in HSLA-100 steel than in HY-100 steel. The time to failure was decreased with increasing temperature and/or stress. HSLA-100 steel was more susceptible to stress relief cracking than HY-100 steel under same conditions. It is thought to be resulted from the precipitation of $\varepsilon$-Cu phase by dynamic self diffusion of solute atoms. By the precipitation of $\varepsilon$-Cu phase, the differential strengthening of grain interior relative to grain boundary may be greater in the Cu-bearing HSLA-100 steel than in HY-100 steel. Therefore, greater strain concentration at grain boundary of HSLA-100 steel results in the increased SRC susceptibility. The activation energies for SRC of HSLA-100 steel are 103.9kcal/mal for 387MPa and 87.6kcal/mol for 437MPa and that of HY-100 steel is 129.2kcal/mol for 437MPa.
The aim of this study is to investigate the effect of impurity level and fabrication processes on the strength, impact and fracture toughness of 7075, 7050 and 7175 aluminum alloy forgings. A specially processed 7175S-T74 aluminum forgings was superior to a conventionally processed 7075-T73, 7050-T74 and 7175-T74 aluminum forgings in both strength and toughness. The reduction of impurity level of iron and silicon has significantly diminished the size and volume fraction of second phase particles such as $Al_7Cu_2Fe$ and $Mg_2Si$. A further reduction of the amount of second phase particles has been observed by applying a special fabrication process. This phenomena result from the application of intermediate soaking at higher temperature and more sufficiant hot working temperature than that of a conventional processing.
This study investigated the continuous cooling transformation, microstructure, and mechanical properties of highstrength low-alloy steels containing B and Cu. Continuous cooling transformation diagrams under non-deformed and deformed conditions were constructed by means of dilatometry, metallographic methods, and hardness data. Based on the continuous cooling transformation behaviors, six kinds of steel specimens with different B and Cu contents were fabricated by a thermomechanical control process comprising controlled rolling and accelerated cooling. Then, tensile and Charpy impact tests were conducted to examine the correlation of the microstructure with mechanical properties. Deformation in the austenite region promoted the formation of quasi-polygonal ferrite and granular bainite with a significant increase in transformation start temperatures. The mechanical test results indicate that the B-added steel specimens had higher strength and lower upper-shelf energy than the B-free steel specimens without deterioration in low-temperature toughness because their microstructures were mostly composed of lower bainite and lath martensite with a small amount of degenerate upper bainite. On the other hand, the increase of Cu content from 0.5 wt.% to 1.5 wt.% noticeably increased yield and tensile strengths by 100 MPa without loss of ductility, which may be attributed to the enhanced solid solution hardening and precipitation hardening resulting from veryfine Cu precipitates formed during accelerated cooling.
Various test specimens were prepared by austempering low alloyed Mo-Ni-Cu ductile iron blocks of high graphite nodule count at 270, 320 or $370^{\circ}C$ for 0.5, 1, 3 or 9hrs. Tensile test, CVN impact test and plane-strain fracture toughness test(compact tension specimen of 50mm W) were done for each heat treatment condition at room temperature. X-ray diffractometer and optical microscope were used to investigate the change of microstructure and relationships between microstructure and test results. The highest retained austenite volume percent at each austempering temperature was corresponded to the highest mechanical property. The highest elongation value of 17%, U.T.S. value of 1,600 MPa or $K_{IC}$ value of 90MPa${\surd}$m were reached at each optimum condition. The best heat treatment condition for fracture toughness were 3hrs' holding time combined with the austempering temperature of 270 and $320^{\circ}C$, and 1hr's of $370^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
/
v.24
no.9
s.180
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pp.2319-2325
/
2000
This thesis studied that seven kinds of residual elements(inclusions) had influenced on fracture toughness($K_{IC}$) obtained by Begley-Logsdon and Rolfe-Novak model equation using tensile an d impact test data of I%CrMoV HP(high pressure) rotor steel. $K_{IC}$ design curve of ASME and fracture surface by SEM were also considered, obtained results are summarized as follows $K_{IC}$ was linearly increased with increase of temperature, effect of the inclusions was significantly over FATT. $K_{IC}$ at lower shelf temperature was quantitatively related to yield strength and was agreed well with Begley's equation. It was difficult to determine $K_{IC}$ because of specimen size and tester capacity at upper shelf temperature, but for this view point Rolfe-Novak's equation was useful. The degree of brittle fracture was dependent on FATT fundamentally, adding S, Sb to matrix decreased impact energy and adding Cu, As increased yield(tensile) strength, and the influence of the others minority inclusion was comparatively insignificant.
The effects of alloying elements(Mo, Cu, Ni) and austempering temperature conditions on the microstructural morphologies and mechanical properties in austempered ductile cast iron has been investigated. The austempering at $350^{\circ}C$ for 2hrs after austenitizing at $900^{\circ}C$ for 2hrs in all specimens with various alloying elements was optimum because the good combination of tensile and yield strength, hardness and impact value was obtained. The microstructures of these ADIs treated by a forementioned austempering condition are nearly a mixture type of needle and feathery bainite. Among those alloys, Mo-Cu alloyed DCI had the best optimum mechanical properties of hardness and toughness for automobile parts by austempering treatment for 2hrs at $900^{\circ}C$ followed by $350^{\circ}C$ for 2hrs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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