Characterization of Aluminium TiC nano-composite filler wire inoculated weld metal

Abstract

Den nylig utviklede produksjonsmetoden metall skruekstrudering har vist seg å være en mulig metode for å produsere nano-kompositt fylltråder. AA1370 fylltråd som inneholder TiC nanopartikler støttet av titan pulver er blitt produsert via skruekstrudering. Disse har blitt brukt til å lysbuesveise plater av AA1050-H14. Tidligere arbeid har vist at dette forfiner sveisemetallet godt. I løpet av dette arbeidet ble det produsert lameller av utvalgte områder ved hjelp av et fokusert ionestrålesystem for transmisjonselektronmikroskopi. Disse ble karakterisert ved hjelp av ulike teknikker for transmisjonselektronmikroskopi, med spesielt fokus på nukleasjonsmekanismer og fordelingen av TiC nanopartikler, samt deres effekt på kornforfining.

TiC nanopartikler ble generelt funnet å være fordelt langs kornegrensene, og α-Al-kornene hadde nukleert på store TiAl3-partikler som ble funnet i midten av kornene. De store TiAl3-partiklene antas å ha blitt dannet på mindre TiAl3-partikler som ble presipitert i smelten og vokste ved hjelp av den høye konsentrasjonen av Ti løst i smelten ved grenseflaten smelte/solid. Kornforfiningseffekten kan tilskrives en kombinasjon av den segregerende effekten av Ti, presipitering av TiAl3-partikler i smelten som skaper ideelle nukleeringspunkter for α-Al, og den veksthemmende effekten av TiC nanopartikler.

The recently developed production method metal screw extrusion (MSE), has shown to be a viable method for producing nano-composite filler wires (FWs). AA1370 FW containing TiC nanoparticles (NPs) supported by titanium (Ti) powder has been produced via MSE. These have been used to arc-weld sheets of AA1050-H14. During previous work this has shown to strongly grain refine the weld metal (WM). During this work, site specific focused ion beam (FIB) transmission electron microscope (TEM) lamellas were produced. These were characterized using different transmission electron microscopy techniques, with a special focus on nucleation mechanism and TiC NP distribution, in addition to their effect on grain refinement.

\bigskip

The TiC NPs were found to generally be distributed along grain boundaries (GBs) and the α-Al grains had nucleated on large TiAl3 particles found in the centers of grains. The large TiAl3 particles are thought to have formed on smaller TiAl3 particles precipitated in the melt and grown supported by the high concentration of solute Ti at the solidifying front. The grain refining effect can be attributed to a combination of the segregating effect of Ti, precipitation of TiAl3 particles in the melt creating ideal nucleation sites for α-Al, and the growth restricting effect of the TiC NPs.