Beta-Sn tek kristallerinin bazı mekaniksel özellikleri ile kristal yönelimi arasındaki ilişki

Abstract

Anahtar Kelimeler: β-Sn, Tek Kristal, Mekaniksel Özellikler, Geleneksel Mikrosertlik,Derinlik Duyarlı Mikrosertlik, Çentik Boyutu Etkisi, Orantılı Numune Direnci Modeli,Düzeltilmiş Orantılı Numune Direnci Modeli[110] tercihli büyüme doğrultusundan 4°, 12°, 15° ve 20°'lik sapma açıları ile büyütülenβ-Sn tek kristallerinin bazı mekaniksel özellikleri kristal yönelimine bağlı olarakincelendi. Geliştirilmiş Bridgman metodu ile büyütülen β-Sn tek kristallerinin eksenyönelimleri geri yansımalı Laue metodu ile belirlendi. Mikrosertlik ve çekme deneyleriiçin uygun ebatlarda kesilen numuneler iç gerilmeleri yok etmek için 140 ºC'de toplam6 saat ısıl işleme tabi tutuldu. Geleneksel ve derinlik duyarlı mikrosertlik ölçümleri veçekme deneyleri sırası ile DUH-W201S ve Instron tipi cihazlar ile yapıldı. (001) ve(110) kristalografik düzlemlerinde gerçekleştirilen geleneksel ve derinlik duyarlımikrosertlik (DDM) ölçümlerinden elde edilen mikrosertlik değerlerinin çentik boyutuetkisi (ISE) olarak bilinen yük bağımlı bir davranış ortaya koyduğu gözlendi. Her ikiyüzeydeki yükten bağımsız mikrosertlik değerleri (HLI), Düzeltilmiş Orantılı NumuneDirenci ile hesaplandı. Aynı düzlemler üzerinde yapılan derinlik duyarlı mikrosertlikölçümlerinde gözlenen burun (nose) etkisi, maksimum yükte 300 s bekletme ile ortadankaldırıldı. Yük-yerdeğiştirme eğrilerinin analizinde kullanılan Oliver-Pharr metodumatematiksel olarak düzeltildi. Oliver-Pharr metodu ve bu metodun düzeltilmesi ile eldeedilen mikrosertliklerde de ISE gözlendi. Deneysel sonuçlar Hays-Kendall, OrantılıNumune Direnci, Düzeltilmiş Orantılı Numune Direnci vd. modeller ile irdelendi. Buçalışmada kullanılan β-Sn tek kristal numunelerinin yükten bağımsız sertlikhesaplamaları için en uygun modelin Düzeltilmiş Orantılı Numune Direnci modeliolduğu gözlendi. Her bir numune için Oliver-Pharr metodu ile hesaplanan elastikliksabitlerinde ters çentik boyutu etkisi (RISE) gözlenirken, düzeltilmiş elastikliksabitlerinin sabit bir değer etrafında dalgalandığı gözlendi.

Key Words: β-Sn Single Crystal, Mechanical Properties, Conventional Microhardness,Depth Sensing Microhardness, Indentation Size Effect, Proportional SpecimenResistance Model, Modified Proportional Specimen Resistance ModelSome mechanical properties of the White-Tin (β-Sn) single crystals which are growthfrom [110] preferential growth directions with deviation angels of 4°, 12°, 15°, and 20°were investigated as a function of crystal orientation. β-Sn single crystals are producedwith the modified Bridgman method and their orientations were determined by Laueback reflection method. The materials cut in proper length for microhardness and tensileexperiments were annealed for six hours at 140 ºC to remove the internal strains.Tensile experiments and microhardness measurements which include conventional anddepth sensing microindentation (DDM) techniques were performed by Instron andDUH-W201S apparatus, respectively. Microhardness values obtained fromconventional and DDM experiments for (001) and (110) crystallographic planes wereseen to be load dependent called indentation size effect (ISE). Load independentmicrohardness values (HLI) for both planes were calculated with the ModifiedProportional Specimen Resistance model. Nose effect observed on the depth sensingmicrohardness measurements on the same planes was removed by applying maximumload for 300 s. The Oliver Pharr method used in the analysis of the load-displacementcrves was mathematically corrected. Indentation size effect behaviour was observedfor microhardness values obtained from both Oliver-Pharr method and modified one.The experimental results were analyzed by Hays-Kendall approach, ProportionalSpecimen Resistance, Modified Proportional Specimen Resistance etc. models. The bestmodel for the load independent microhardness calculation in our case was found to bethe Modified Proportional Specimen Resistance model. While the reverse indentationsize effect (RISE) was observed on all the samples for the elasticity constants calculatedwith Oliver-Pharr method, the modified elasticity constants were seen to be fluctuatedaround a constant value.