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


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-241-248

Полный текст:


Аннотация

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.


Об авторах

Д. И. Богомолов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; ЗАО «Ферротек Норд»
Россия

Богомолов Денис Игоревич — кандидат  технических  наук,  ассистент кафедры МИСиС, ведущий специалист R&D «Ферротек Норд».

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049; ул. Песчаный карьер, д. 3, Москва, 109383.



В. Т. Бублик
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Бублик Владимир Тимофеевич — доктор физико-математических наук, профессор.

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049.



М. В. Меженный
АО «Оптрон»
Россия

Меженный Михаил Валерьевич — начальник лаборатории.

ул. Щербаковская, д. 53, Москва, 105187.



А. И. Простомолотов
Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН
Россия

Простомолотов  Анатолий Иванович — ведущий научный сотрудник.

просп. Вернадского, д. 101, корп. 1, Москва, 119526.



Н. Ю. Табачкова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Табачкова Наталия Юрьевна — канд. физико-математических, доцент.

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049.



Список литературы

1. Zebarjadi, M. Perspectives on thermoelectrics: from fundamentals to device applications / M. Zebarjadi, K. Esfarjani, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen // Energy Environ. Sci. − 2012. − V. 5, iss. 1. − P. 5147—5162. DOI: 10.1039/C1EE02497C

2. Lan, Y. C. Enhancement of thermoelectric figure−of−merit by a bulk nanostructuring approach / Y. Lan, A. J. Minnich, G. Chen, Z. Ren // Adv. Functional Mater. − 2010. − V. 20, iss. 3. − P. 357—376. DOI: 10.1002/adfm.200901512

3. Martín−González , M. Nanoengineering thermoelectrics for 21st century: Energy harvesting and other trends in the field / M. Martín−González, O. Caballero−Calero, P. Díaz−Chao // Renewable and Sustainable Energy Reviews. − 2013. − V. 24. − P. 288—305. DOI: 10.1016/j.rser.2013.03.008

4. Snyder, G. J. Complex thermoelectric materials / G. J. Snyder, E. S. Toberer // Nature materials. − 2008. − V. 7. − P. 105—114. DOI: 10.1038/nmat2090

5. Lim, C. H. Equal channel angular extrued Bi0.5Sb1.5Te3 thermoelectric compound / C. H. Lim, K. T. Kim, Y. H. Kim, C. H. Lee, C. H. Lee // Materials Transactions. − 2008. − V. 49, N 4. − P. 889—891. DOI: 10.2320/matertrans.MEP2007297

6. Fan, X. A. Preferential orientation and thermoelectric properties of p−type Bi0.4Sb1.6Te3 system alloys by mechanical alloying and equal channel angular extrusion / X. A. Fan, J. Y. Yang, W. Zhu, S. Q. Bao, X. K. Duan, C. J. Xiao // J. Alloys and Compounds. − 2008. − V. 461, iss. 1–2. − P. 9—13. DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.07.007

7. Im, J.−T. Microstructural refinement of cast p−type Bi2Te3— Sb2Te3 by equal channel angular extrusion / J.−T. Im, K. T. Hartwig, J. Sharp // Acta Materialia. − 2004. − V. 52, iss. 1. − P. 49—55. DOI: 10.1016/j.actamat.2003.08.025

8. Sun, Z. M. Effect of rotary−die equal channel angular pressing on the thermoelectric properties of a (Bi,Sb)2Te3 alloy / Z. M. Sun, H. Hashimoto, N. Keawprak, A. B. Ma, L. F. Li, M. W. Barsoum // J. Mater. Res. − 2005. − V. 20, iss. 4. − P. 895—903. DOI: 10.1557/JMR.2005.0120

9. Ceresara, S. Influence of processing parameters on the thermoelectric properties of (Bi0.2Sb0.8)2Te3 sintered by ECAE / S. Ceresara, C. Fanciulli, F. Passaretti, D. Vasilevskiy // AIP Conf. Proc. − 2012. − V. 1449, iss. 1. − P. 111—116. DOI: 10.1007/s11664-015-4110-0

10. Ceresara, S. Warm ECAE: a novel deformation process for optimising mechanical and termoelectric properties of chalcogenides / S. Ceresara, G. Giunchi, G. Ripamonti // 25th Internat. Conf. on Thermoelectrics. − 2006. − P. 231.

11. Fan, X. A. Preferential orientation and thermoelectric properties of n−type Bi2Te2.85Se0.15 alloys by mechanical alloying and equal channel angular extrusion / X. A. Fan, J. Y. Yang, W. Zhu, S. Q. Bao, X. K. Duan, C. J. Xiao, K. Li // J. Physics D: Appl. Phys. − 2007. − V. 18, N 18. − P. 5727—5732. DOI: 10.1088/0022-3727/40/18/033

12. Srinivasan, R. Microstructure and crystallographic texture evolution during hot deformation of the n−type bismuth telluride Bi2Se0.3Te2.7 / R. Srinivasan // Mater. Sci. Technol. − 2013. − V. 29, iss. 6. − P. 733—737.

13. Yang, J. Microstructure control and thermoelectric properties improvement to n−type bismuth telluride based materials by hot extrusion // J. Yang, R. Chen, X. Fan, W. Zhu, S. Bao, X. Duan //J. Alloys and Compounds. − 2007. − V. 429, iss. 1–2. − P. 156—162. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.04.030.

14. Лаврентьев , М. Г. Расчетно −экспериментальное исследование формирования структуры термоэлектрического материала на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы, полученных методом горячей экструзии / М. Г. Лаврентьев, В. Б. Освенский, М. В. Меженный, А. И. Простомолотов, В. Т. Бублик, Н. Ю. Табачкова // Термоэлектричество. − 2012. − № 4. − С. 36—42.

15. Меженный, М. В. Моделирование пластического состояния термоэлектрического материала на основе теллурида висмута в процессе горячей экструзии / М. В. Меженный, М. Г. Лаврентьев, В. Б. Освенский, М. В. Воронов, А. И. Простомолотов // Вестн. ТГУ. Сер. Естественные и технические науки. − 2013. − T. 18, № 4−2. − С. 1976—1977.

16. Егер , Дж . К . Упругость, прочность и текучесть / Дж. К. Егер. − М. : Машгиз, 1961. − 170 с.

17. Horrobin, D. J. Die entry pressure drops in paste extrusion. / D. J. Horrobin, R. M. Nedderman // Chem. Eng. Sci. − 1998. − V. 53, iss. 18. − P. 3215—3225. DOI: 10.1016/S0009−2509(98)00105-5

18. Tiernan, P. Modelling of cold extrusion with experimental verification. / P. Tiernan, M. T. Hillery, B. Graganescu, M. Gheorghe // J. Mater. Proc. Technol. − 2005. − V. 168, iss. 2. − P. 360—366. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.249


Дополнительные файлы

Для цитирования: Богомолов Д.И., Бублик В.Т., Меженный М.В., Простомолотов А.И., Табачкова Н.Ю. Математическое моделирование пластического течения при равноканальном угловом прессовании твердого раствора на основе халькогенидов висмута. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(4):241-248. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-241-248

For citation: Bogomolov D.I., Bublik V.T., Mezhennii M.V., Prostomolotov A.I., Tabachkova N.Y. Mathematical plastic flow modeling for equal–channel angular pressing of bismuth chalcogenide base solid solution. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(4):241-248. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-241-248

Просмотров: 115

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)