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Numerical simulation of macrosegregation in billet continuous casting influenced by electromagnetic stirring

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Journal of Iron and Steel Research(International) 2022年第4期29卷 612-627页

作者： Qi-peng Dong Jiong-ming Zhang Yan-bin Yin hiromi nagaumi School of Iron and Steel High-Performance Metal Structural Materials Research InstituteSoochow UniversitySuzhou 215021JiangsuChina State Key Laboratory of Advanced Metallurgy University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

A three-dimensional numerical model coupling the macrosegregation and magnetohydrodynamic simulations was developed to investigate the effects of electromagnetic stirring(EMS)on the macrosegregation.The results show that a significant swirling flow was induced by the in-mold EMS,which further changed the shape of the solidification shell and homogenized the solute elements in mold.However,the effects were only confined to the initial billet shell.The improvement in centerline segregation was observed with the usage of the final EMS(F-EMS),which led to the forced convection at the final solidification stage.The solute elements in the mushy zone were significantly even,with the maximum segregation degree of solute C reducing from 1.311 to 1.237.In addition,the effects of the stirrer positions and currents of F-EMS on the macrosegregation alleviation were numerically studied.Different values of centerline segregation were predicted with various stirrer positions and currents,and there is an optimum stirrer parameter to obtain the best macrosegregation alleviation.In the experimental conditions,the optimum position was about 7 m away from meniscus,and the optimum current was 300 A.

关键词： Numerical simulation Macrosegregation Electromagnetic stirring Continuous casting

定量分析α-Al(MnFeCr)Si弥散相对Al-Mg-Si合金热变形和显微组织演变的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第6期32卷 1805-1821页

作者： hiromi nagaumi 秦简于承斌王孝国王林生苏州大学高性能金属结构材料研究院苏州215021 苏州大学沙钢钢铁学院苏州215021 山西农业大学农业工程学院太谷030801 澳美铝业佛山528000

通过在300~500°C及不同应变速率条件下的热压缩试验研究AA6061和含锰Al-Mg-Si-Cu合金的显微组织演变规律。与AA6061合金相比,含锰Al-Mg-Si-Cu合金中大量的α-Al(MnFeCr)Si弥散相有效提高了所有变形条件下合金的流变应力。通过电子背散... 详细信息

通过在300~500°C及不同应变速率条件下的热压缩试验研究AA6061和含锰Al-Mg-Si-Cu合金的显微组织演变规律。与AA6061合金相比,含锰Al-Mg-Si-Cu合金中大量的α-Al(MnFeCr)Si弥散相有效提高了所有变形条件下合金的流变应力。通过电子背散射衍射测量研究变形参数对显微组织演变的影响。两种合金的主要软化机制为动态恢复。含锰合金中α弥散相的存在有效地细化了取向差为2°~5°的亚结构,从而抑制动态恢复。为了预测不同变形条件下的亚晶粒尺寸,通过修正的Orowan方程计算α弥散相的加入导致的阈值应力,并将其纳入传统的本构方程中。采用修正的本构方程计算的亚晶尺寸与实验数据显示出良好的一致性。

关键词： Al-Mg-Si合金热变形 α-Al(MnFeCr)Si弥散相亚结构动态软化阈值应力 Z参数

热挤压和锻造制备高延性和高吸能超细晶粒Mg-Mn-Ce合金

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第12期33卷 3661-3672页

作者：张宇修张至柔王春雨康宏辉 hiromi nagaumi 杨续跃中南大学材料科学与工程学院长沙410083 苏州大学沙钢钢铁学院苏州215100

采用挤压和锻造低温变形方法制备高压缩延性和高吸能性超细晶粒Mg-0.9Mn-0.5Ce(质量分数,%)合金。首先将合金在温度为150℃、挤压比为12:1的条件下进行挤压;随后,在200℃下沿挤压方向进行真应变为1.2的锻造处理。采用光学显微镜、扫描... 详细信息

采用挤压和锻造低温变形方法制备高压缩延性和高吸能性超细晶粒Mg-0.9Mn-0.5Ce(质量分数,%)合金。首先将合金在温度为150℃、挤压比为12:1的条件下进行挤压;随后,在200℃下沿挤压方向进行真应变为1.2的锻造处理。采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜对合金的显微组织和塑性机理进行表征。结果表明,经低温挤压后合金组织由超细的动态再结晶晶粒和破碎的未再结晶晶粒组成,其平均晶粒尺寸为1.9μm。在随后的锻造过程中,逐渐产生新的超细晶粒,获得均匀的超细晶粒组织,其平均晶粒尺寸为2.7μm,织构强度也在锻造处理后减弱。均匀的超细晶粒组织和基面滑移使合金表现出较优的综合性能:压缩延性为45.0%,吸能为122.72 MJ/m^(3)。

关键词： Mg-Mn-Ce合金超细晶延性吸能

气孔和显微组织对6063铝合金双脉冲耦合CMT焊接接头强度的协同影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第3期32卷 801-811页

作者：王清涛王晓南陈夏明环鹏程董其鹏张庆宇 hiromi nagaumi 苏州大学沙钢钢铁学院苏州215002 西南林业大学机械与交通学院昆明650224 东北大学轧制及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

研究不同焊接速度下6063铝合金“CMT MIX+Synchropulse”焊接接头的焊缝气孔率、气孔尺寸以及焊缝和热影响区的软化。结果表明,随着焊接速度从55 cm/min提高到65 cm/min,焊缝气孔率从0.1%增加至3.9%,且出现大尺寸气孔(341.1μm)。65 cm/... 详细信息

研究不同焊接速度下6063铝合金“CMT MIX+Synchropulse”焊接接头的焊缝气孔率、气孔尺寸以及焊缝和热影响区的软化。结果表明,随着焊接速度从55 cm/min提高到65 cm/min,焊缝气孔率从0.1%增加至3.9%,且出现大尺寸气孔(341.1μm)。65 cm/min时焊缝气孔尺寸主要集中分布在87.8μm,而55 cm/min时的气孔尺寸主要集中分布在20.6μm。基材中β′′相溶解与转变导致焊缝和热影响区均出现明显的软化,热影响区的软化更为严重。不同焊接速度焊接接头平均抗拉强度相当,约155 MPa(达到母材的67.4%)。

关键词：冷金属过渡铝合金气孔显微组织力学性能

Development of inclusions in 3104 alloy melt during heating and holding treatments

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2016年第6期23卷 637-644页

作者： Xiao-xiong Luo Hai-tao Zhang Xing Han Shi-jie Guo Dan-dan Chen Jian-zhong Cui hiromi nagaumi Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials Northeastern University Chinalco Rumin Co. Ltd. Suzhou Research Institute for Nonferrous Metals Chinalco Research Institute of Science and Technology

Developments in the contents of different typical inclusions in 3104 alloy melt were described during heating and holding processing. The settling process of inclusion particles was investigated by measuring the contents of inclusions in the surface, center, and bottom layers of the molten metal. In the results, main inclusions observed and determined by Prefil and PoD FA methods are MgO, Al2O3, spinel（MgAl2O4）, and TiB2 particles or thin films. It is found that some small particles of Al2O3 and MgO are transformed into spinel particles, and the formation rate increases as the temperature and the holding period of melt increase. The content of inclusions increases from 3.37 mm^2×kg^-1 to 7.54 mm^2×kg^-1 and then decreases to 3.08 mm^2×kg^-1 after holding for 90 min. This is attributed to a settling phenomenon and a significant increase in settling velocity after holding for 60 min. The content of inclusion particles decreases by means of settlement and flotation in liquid aluminum with an increase in holding time. The theoretical analysis and experiment results are in essential agreement with those from industrial production.

关键词： aluminum alloys inclusions heating holding time settling

新能源汽车用铝合金激光-电弧复合焊接研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 23-40页

作者：王晓南陈夏明环鹏程李响董其鹏骆顺存长海博文苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021 江苏省新能源汽车用金属结构材料绿色制备与资源再生工程研究中心江苏苏州215021 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 无锡锐科光纤激光技术有限责任公司江苏无锡214000

发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。近年来,作为新能源汽车制造的重要结构材料,车用铝合金性能的不断提升给后续的焊接加工带来了全新的挑战。与传统弧焊热源相比,激光-... 详细信息

发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。近年来,作为新能源汽车制造的重要结构材料,车用铝合金性能的不断提升给后续的焊接加工带来了全新的挑战。与传统弧焊热源相比,激光-电弧复合热源具有诸多优势,为抑制铝合金焊接缺陷并提升焊接接头系数提供了新途径。较为全面地总结了近年来国内外学者在铝合金焊接缺陷(如软化、气孔)等形成及调控方面的研究进展,分析了现有研究工作中存在的问题并给出了激光-电弧复合焊接铝合金未来的研究方向,旨在为后续研究及应用提供参考。

关键词：激光技术激光-电弧复合焊接铝合金软化气孔力学性能

高锌铝合金合金化和加工工艺的研究现状及发展趋势

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材料导报 2023年第2期37卷 130-135页

作者：杨东辉唐帅吴子彬秦克张海涛崔建忠 hiromi nagaumi 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室(EPM) 沈阳110006 苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021

高锌铝合金是指含锌量为10%~45%的铝基合金,具有耐磨性好、强度硬度高和阻尼性能优异等优点,被广泛应用于滑动轴承、轴瓦等耐磨件,是锡铜合金和锌铝耐磨合金良好的替代品。高锌铝合金作为耐磨合金替代锡铜合金不仅降低了工件的生产成本... 详细信息

高锌铝合金是指含锌量为10%~45%的铝基合金,具有耐磨性好、强度硬度高和阻尼性能优异等优点,被广泛应用于滑动轴承、轴瓦等耐磨件,是锡铜合金和锌铝耐磨合金良好的替代品。高锌铝合金作为耐磨合金替代锡铜合金不仅降低了工件的生产成本,而且弥补了我国锡铜金属资源匮乏的缺憾。但是,高锌铝合金也存在尺寸稳定性差、塑性低、抗蠕变性能和耐腐蚀性差等缺点。现阶段,高锌铝合金的强韧化机制主要有以下几个方面:(1)对高锌铝合金进行合金化处理,如在Al-Zn合金中添加Cu、Si、Mn、Ti、Er、Sc、Zr等元素。首先合金元素与基体结合形成硬质颗粒可以增加合金的强度硬度;其次,合金元素在凝固过程中可以作为异质形核中心,导致晶粒尺寸减小。(2)在凝固过程中提高冷却速度,采用压铸或挤压铸造的方法可以获得较快的冷却速度。凝固过程中较快的冷却速度有利于提高形核速率,并显著细化第二相与晶粒的尺寸。(3)对高锌铝合金进行塑性变形处理,如挤压、轧制等加工工艺可以消除合金的铸造缺陷、细化晶粒、增加位错密度,从而提高高锌铝合金的强度。本文综述了近年来国内外高锌铝合金显微组织和性能的研究现状及主要存在的问题,介绍了Zn、Cu、Si、Mn、Ti、Zr、Er、Sc等合金元素对高锌铝合金组织及性能的影响,总结了变形工艺及热处理工艺对高锌铝合金组织与性能的影响,最后分析了高锌铝合金的优缺点并展望其研究方向。

关键词：高锌铝合金轴承材料力学性能加工工艺

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铝-空气电池阳极材料及其电解液的研究进展

材料导报 2019年第1期33卷 135-142页

作者：吴子彬宋森森董安杨宗武李雪科秦克张海涛班春燕李宝绵崔建忠 hiromi nagaumi 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室(EMP) 沈阳110006 苏州大学沙钢钢铁学院苏州215100

金属-空气电池自进入人们的视野以来,由于其高能量密度和容量、平稳的放电特性、对负载和温度的依赖性低和较低的制造成本等特点,受到越来越多的关注。其中,锂-空气电池因具有极大的应用潜力而引起了学者们极大的研究兴趣;然而,锂-空气... 详细信息

金属-空气电池自进入人们的视野以来,由于其高能量密度和容量、平稳的放电特性、对负载和温度的依赖性低和较低的制造成本等特点,受到越来越多的关注。其中,锂-空气电池因具有极大的应用潜力而引起了学者们极大的研究兴趣;然而,锂-空气电池对周围环境十分敏感,容易造成爆炸,存在安全隐患;此外,锂离子电池的大规模生产和应用造成了原材料锂价格的大幅上涨。为了实现电池的商业化应用,选用来源广泛、经济实惠的电极材料成为必不可少的条件。铝是地壳中含量最多的金属元素,具有矿藏丰富、质量轻、无污染、安全、价格低廉和回收利用率高等优点,是一种潜在的储能材料。铝的理论质量比容量为2 980 mAh·g^(-1),仅次于锂(3 860 mAh·g^(-1)),其体积比容量(8.04 Ah·cm-3)约是锂的四倍(2.05 Ah·cm-3),被认为是金属-空气电池最有吸引力的候选阳极材料,也是化石燃料最有吸引力的替代者之一。然而,铝在空气和水溶液中表面上自发形成的钝化膜会显著降低铝阳极材料的活性;在碱性溶液中,铝-空气电池存在的主要问题是铝阳极材料自腐蚀导致氢析出速率较高,库伦效率降低和含水电解液的流动性可能导致的多孔空气阴极中毛细管的渗透及泄漏。因此,近年来,学者们不断开展深入研究,探索出以下几种改善铝阳极的方法:通过向铝中添加合金元素Ga、In、Sn、Zn、Mg、Bi、Mn等来改变铝阳极材料的活性和减少析氢反应;对电解液添加剂进行研究,发现部分植物提取液作为电解液添加剂可以保持铝阳极活性,降低析氢腐蚀;开发离子液体、固态和凝胶电解液,一方面可以减小铝阳极自腐蚀,提高阳极利用率,另一方面可减小铝-空气电池体积,增加电池的灵活性。目前研究获得性能较好的碱性铝-空气电池的阳极材料有Al-Ga/In-Mg系列、Al-Ga/In-Mg-Sn系列、Al-Ga-In-Bi-Pb系列等合金,其中部分铝阳极合金已经实现了实际应用。近几年研究工作获得了羽扇豆提取物、茄属植物叶的提取物等绿色电解液添加剂,其可以保持铝阳极的电化学活性,降低腐蚀率。此外,研究发现,室温下低聚氟化氢离子液体作为电解液可以活化铝阳极,降低其腐蚀速率,一些便携式铝-空气电池采用固态或凝胶电解液已经在护理医疗设备、商用LED手表方面应用。本文主要从铝阳极材料、电解质和电解质添加剂三方面论述了其对铝-空气电池性能的影响,并简单阐述了铝-空气电池放电的基本原理、面临的挑战和最新研究进展及应用。首先,综述了铝与合金元素的合金化,以此减少铝的自腐蚀,提高电池性能;并介绍了通过一定的加工工艺来改善铝阳极电化学性能的方法。其次,探讨了水溶剂电解质和非水溶剂电解质在铝-空气电池中的应用。同时,也研究了电解质添加剂对铝-空气电池的电化学性能的影响。最后,进一步明确了空气电池未来的研究和发展方向。

关键词：铝-空气电池铝阳极材料电解质电解质添加剂电化学性能

Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

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铸造技术 2024年第5期45卷 452-458页

作者：陈浩李天宇王瑞王东涛张鸣鹤赵新宇施昊蔡伟涛长海博文苏州大学高性能金属结构材料研究院江苏苏州215131 苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215137

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的... 详细信息

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

关键词： Al-Si-Cu-Mg合金 Mn含量耐蚀性电化学分析