ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ НА СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ГОРЯЧЕЙ ЭКСТРУЗИИ

We used mathematical modeling to compare the stress and deformation in a Bi0.4Sb1.6Te3 solid solution base thermoelectric material for extrusion through different diameter dies. The results show that extrusion through a 20 mm diameter die produces a more inhomogeneous deformation compared with extrusion through a 30 mm diameter die. Extrusion through a die of a larger diameter produces a structure that is coarser but has a more homogeneous grain size distribution. The degree of preferential grain orientation is higher for extrusion through a larger diameter die. We found a change in the lattice parameter of the solid solution along the extruded rod, correlating with detect formation during extrusion. The concentration of vacancies is higher for extrusion through a smaller diameter die. This difference between the structures results from a more intense dynamic recrystallization for a smaller diameter die. Increasing the die diameter and lowering the extrusion temperature allow retaining the thermoelectric properties of the material due to a better texture.С помощью математического моделирования проведено сравнение напряжений и деформаций в термоэлектрическом материале на основе твердого раствора Bi0,4Sb1,6Te3 при экструзии через фильеры с разным диаметром. Показано, что при экструзии через фильеру диаметром 20 мм возникает более неоднородная деформация, чем при экструзии через фильеру 30 мм. Установлено, что при увеличении диаметра фильеры структура материала получается менее дисперсная, но более однородная по размерам. Степень преимущественной ориентации зерен при экструзии через фильеру большего диаметра более высокая. Обнаружено изменение параметра решетки твердого раствора по длине экструдированного стержня, связанного с дефектообразованием в процессе экструзии. Выявлено, что концентрация вакансий больше при экструзии через фильеру меньшего диаметра. Это является следствием более интенсивного протекания процессов динамической рекристаллизации. При переходе к большему диаметру фильеры и более низкой температуре экструзии термоэлектрические свойства материала сохраняются за счет лучшей текстуры

Математическое моделирование пластического течения при равноканальном угловом прессовании твердого раствора на основе халькогенидов висмута

In this work, mathematical modeling was used to optimize the geometry of the composite mold for developing the technology of equal−channel angular pressing with three channels for thermoelectric materials. To obtain the maximum degree of deformation in this work, we used a three−channel scheme. Taking into consideration the material characteristics (low resistance to tensile  stresses), we proposed a tapering profile (along  the length)  of the third channel. To analyze the  plastic  flow in the  proposed scheme of equal−channel angular pressing with three channels, we performed mathematical modeling of plastic flow, stress and deformation rates along the rod, deformation homogeneity along the cross−section and absence of stagnant zones in the extruder. The methodical approach is based on the combined use  of the elastic and plastic  solid state approximations according to the fundamentals of the elasticity and plasticity theory. Critical points are identified having the maximum stored energy accumulation without discontinuity of the material. Calculation of the flow velocity in planes perpendicular and  parallel  to the  deformation axis showed a slight difference in the flow rate of the material  for the section plane parallel to the deformation axis. This produces a bend with a large  curvature radius  but  does not  cause cracking of the  material. Calculation of deformations along  the  flow axis allowed  us to detect deformation inhomogeneity. This resulted in the  appearance of small  tensile stresses in the longitudinal  section of the third channel. We show that the plastic  deformation inhomogeneity revealed by modeling can be eliminated by using an equipment design with a greater output channel length. Mathematical modeling shows the suitability of the suggested unconventional design of equal−channel angular pressing equipment for bismuth chalcogenide base solid solutions.Для оптимизации геометрии составной пресс−формы при отработке технологии равноканального углового  прессования с тремя каналами для термоэлектрических материалов использовано математическое моделирование. Для получения максимальной степени деформации применена схема оснастки с тремя каналами. Учитывая особенности материала, а именно: малую стойкость к растягивающим напряжениям, предложен сужающийся по длине  профиль третьего канала. Для анализа пластического течения в предложенной форме равноканального углового  прессования с тремя каналами выполнено математическое моделирование скорости пластического течения, напряжений и деформаций вдоль течения прутка, однородности деформации по сечению и отсутствию  застойных зон в экструдере. Методический подход основан на совместном использовании приближений упругого и пластического твердого тела согласно основным положениям теории упругости и пластичности. Установлены критические точки, где происходит максимальное накопление запасенной энергии без нарушения сплошности материала. Расчет скорости течения в плоскостях, перпендикулярной и параллельной оси деформации, показал наличие небольшой разницы в скорости течения материала в плоскости сечения, параллельной оси деформации. Это приводит к возникновению изгиба с большим радиусом кривизны, но не вызывает растрескивания материала. Расчет деформаций вдоль оси течения позволил выявить  неоднородность деформаций, которая обуславливает появление небольших растягивающих напряжений в продольном сечении третьего канала. Показано, что выявленные путем моделирования неоднородности пластической деформации могут быть устранены конструктивно с помощью увеличения длины выходного канала оснастки. Математическое моделирование показало пригодность нетрадиционной конструкции оснастки равноканального углового  прессования применительно к твердым растворам на основе халькогенидов висмута