Transformation-mismatch Superplasticity in Reinforced and Unreinforced Titanium

Samples of commercial-purity titanium, with and without 10 vol.% TiC particulates. were thermally cycled about the allotropic transformation temperature of titanium. Thermal ratcheting was small for both unstressed materials. Upon application of an external uniaxial tensile stress, unreinforced titanium exhibited large strain increments, resulting from the biasing by the applied stress of the volume mismatch developed between grains during the transformation. Upon repeated cycling, a strain to fracture of 200% was reached, with a strain per cycle proportional to the external stress, in agreement with existing transformation-mismatch superplasticity models. The metal matrix composite displayed transformationmismatch superplasticity as well, with a strain to fracture of 135% and a strain per cycle significantly higher than for unreinforced titanium. This novel enhancement of superplastic strain is modeled by considering the internal mismatch between the transforming matrix and the non-transforming particulates. R&urn&Des Cchantillons de titane de puretk commerciale, avec ou sans 10 vol.% de particules de Tic, ont ttt cyclts thermiquement autour de la temperature de transformation allotropique du titane. La d&formation sans contrainte externe est minime pour les deux matiriaux. Sous contrainte exteme en tension uniaxiale, le titane non-renforc6 montre de grands incrkments de dkformation qui rksultent du biaisage par la contrainte appliquee du d&accord de volume pendant la transformation. Aprtrs de multiples cycles, une elongation ti la fracture de 200% a Bti atteinte, avec une deformation par cycle proportionelle B la contrainte exteme, en accord avec des models existants de superplasticitC par d&accord de transformation. Le composite ti matrice mktallique montre aussi de la superplasticit& par d&accord de transformation, avec une Clongation B la fracture de 135% et une deformation par cycle qui est nettement plus grande que celle du titane non renforck. Ce nouvel effet est modellis& en considkrant l’augmentation du d&accord inteme dti g la prisence de particules qui ne se transforment pas B 1’intCrieur d’une matrice qui se transforme. Zusammenfassung-Proben, die aus komerziell reinem Titan sowie Titan mit 10 vol.% TiC Teilchen bestehen, wurden urn die allotropische Umwandlungstemperatur von Titan thermischen Zyklen unterworfen. Die thermische Verschiebung im unbelasteten Zustand ergab sich als vernachllssigbar. Reines Titan zeigte unter einem einachsigem Spannungszustand eine betrtichtliche Verformung, die auf eine Ueberlagerung der iusseren Last mit der durch den Volumenunterschied der transformierenden Kiirner auftretenden inneren Spannung zuriickgefiihrt werden kann. Nach wiederholten thermischen Zyklen ergab sich eine Bruchverzerrung von 200%, wobei die Verzerrung pro Zylus proportional zur iiusseren Spannung war. dies in Uebereinstimmung mit der Fachliteratur. Der Metall-Matrix Verbundwerkstoff zeigte ebenso UmwandlungsunterschiedsuperplastizitBt mit einer Bruchverzerrung von 135% und einer im Vergleich zu Titan deutlich erhijhten Verzerrung pro Zyklus. Dieser neuartige Effekt der Erhijhung der superplastichen Verzerrung wird in einem Modell, das auf dem Volumenunterschied der transformierenden Matrix mit den nicht-transformierenden Teilchen basiert, dargestellt.