本发明属于材料制备领域，具体涉及一种异构钛合金的制屑烧结压制一体化装置及方法。
背景技术：
：：1、金属钛在地壳中的含量丰富，仅次于铝、铁、镁。钛为同素异构金属，在(882±2)℃温度下会发生同素异构转变。常温下为密排六方晶体结构(hcp)，称为α-ti；当温度超过882℃时，则为体心立方晶体结构(bcc)，称为β-ti。α相ti-al金属间化合物因其质轻、高温强度好、抗蠕变和抗氧化能力强，在航空航天领域可以得到广泛使用；但这类金属性化合物塑性极差，即使经过合金化和复杂的热机械加工(增塑)处理，延伸率也较低，同时因硬脆性难以加工成型。而β相ti-v系二元合金具有良好的加工成型能力，但其屈服强度偏低，难以进行工业应用。2、检索发现，l.lilensten等人在《materialia》材料，2020，12，100700上发表的“from single phase to dual-phase trip-twip titanium alloys:design approachand properties”(从单相到双相trip-twip钛合金的设计和性能)一文中，基于calphad热力学计算和bo-md合金设计工具提出了一种双相trip(相变诱发塑性)/twip(孪生诱发塑性)钛合金的强化方法。通过在单相亚稳β钛合金中引入α相获得双相钛合金，由此产生的trip和twip效应提高了材料的延展性和加工硬化率。此外，引入的α相为材料提供了额外的屈服强度和明显的塑性，从而使得钛合金具有高强高韧性能。该方法的优点是：通过引入双相结构可获得材料高强高韧的力学性能；但是本方法的缺点是：需要加入大量的合金元素，生产成本高，不利于工业化生产。3、进一步检索发现，karri等人在《materials research letters》材料研究快报上，2022，10：754-761上发表的“demonstrating a duplex trip/twip titanium alloy viathe introduction of metastable retainedβ-phase”(引入亚稳残余β相制备双相trip/twip钛合金)一文中，通过热处理可在双相ti-6al-4v合金中获得亚稳残余β相，亚稳残余β相的trip和twip效应使得双相组织具有更高的加工硬化率和均匀伸长率，同时，亚稳残余β相的v元素富集导致的固溶强化也提升了材料屈服强度。该技术的优点是：(1)通过热处理即可获得材料的高强高韧性能，工艺简单，易操作；(2)所需合金元素少，成本低。但也存在以下缺点：(1)制备的材料组元简单，微观结构调控能力有限，从而使得力学性能调控有限(2)工艺操作复杂，材料易氧化，变形。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种异构钛合金的制屑烧结压制一体化装置及方法，主要是通过异种钛合金碎屑混合的方式，并结合特定的热处理和塑性变形，得到不同相结构的异构钛合金；具体是将α型钛合金和β型钛合金进行制屑混合，然后进行压制烧结，最后通过塑性变形及热处理，得到高强高韧双相异构钛合金。在变形过程中，α相组织和β相组织协调变形，导致异变诱导硬化和额外的加工硬化，使双相异构钛合金具有高强度和高韧性的优异力学性能。2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种异构钛合金的制屑烧结压制一体化装置，包括上部的车铣制屑机构和下部的压制烧结机构；3、车铣制屑机构包括柱状外壳，设置在制屑柱状外壳下的锥形斗，设置在制屑柱状外壳内的旋转铣刀，旋转铣刀外周设有至少两种不同相结构的钛合金；4、压制烧结机构包括压头，可升降的隔绝板，搅拌机构和具有加热机构的压制空腔；5、锥形斗的下部伸入隔绝板内，从而将旋转铣刀制备的碎屑输送到压制烧结机构内的搅拌机构上，搅拌机构将碎屑输送到压制空腔内，压头压制、启动加热机构进行压制烧结。6、进一步的，所述旋转铣刀配设铣刀驱动装置。7、进一步的，还包括圆盘，圆盘由动力机构带动旋转，搅拌机构整体呈圆台型，搅拌机构外侧面上设有多个规则排列的肋板；8、通过带有肋板的搅拌机构的转动，使碎屑进入压制空腔。9、进一步的，压制空腔配设的加热机构为设置在压制空腔壁上的内置加热电阻，内置加热电阻连接热电偶和电源。10、进一步的，压制空腔的壁上设置抽气口和进气口。11、一种采用上述的装置制备异构钛合金的方法，包括如下步骤：12、步骤(1)：将隔绝板抬起，将压制烧结机构的空腔完全露出，开启铣刀驱动装置和搅拌机构；启动旋转铣刀，同时将两块或者两块以上的钛合金块排列堆叠在旋转铣刀两侧、然后推进，钛合金块靠近旋转铣刀开始制屑，碎屑经过锥形斗，进入压制烧结机构；13、步骤(2)：碎屑在搅拌机构中进行充分混合后进入外周的压制空腔，压制空腔填满后，放下隔绝板，通过抽气口抽真空后抽至真空度为1-10pa，然后通过充气口冲入惰性气体至压制空腔内部压强为0.9-1mpa；14、步骤(3)：放下压头对材料进行初步压制；对压头继续保持所需压力，启动加热电阻对初步压制的材料进行压制烧结，得到钛合金预制块；15、步骤(4)：将钛合金预制块切割成块体后进行热轧，然后放入真空炉中进行退火处理，获得异构钛合金。16、进一步的，步骤(1)中的钛合金块制屑前对表面进行打磨，去除表面的油污和氧化物；17、两种钛合金块分别为α型钛合金和β型钛合金。18、进一步的，步骤(3)压制和烧结时，压头压制压力为43～46mpa；压制烧结的温度为1027～1400℃均匀化30分钟，然后进行空气冷却，得到钛合金预制块。19、进一步的，步骤(4)中的热轧具体为：轧制前在1027～1400℃下保温2-10min，轧制变形量为50％～85％；步骤(4)中的退火处理具体为：退火温度500～800℃，退火时间2-5小时。20、一种异构钛合金，采用上述的方法制备，异构钛合金包括α相ti-al，β相ti-v以及α+β双相ti-al-v。21、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：22、(1)可根据需求选择合金种类，控制混合屑料比例，制得的材料微观结构和力学性能具有指向性和灵活性；23、(2)工艺流程简单，材料制屑压制烧结一体化成型，界面结合性好，无氧化夹杂；24、(3)可选用工业碎屑进行压制烧结成型，节约资源与成本。25、(4)形成的异质结构广泛，不仅软α和硬β相形成异质结构，由于扩散的影响，在α和β相的界面上也会出现ti-6al-4v(α+β相双相结构)，形成多节异构。技术特征：1.一种异构钛合金的制屑烧结压制一体化装置，其特征在于，包括上部的车铣制屑机构和下部的压制烧结机构；2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转铣刀(3)配设铣刀驱动装置(9)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括圆盘(13)，圆盘(13)由动力机构带动旋转，搅拌机构(11)整体呈圆台型，搅拌机构(11)外侧面上设有多个规则排列的肋板；4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，压制空腔(12)配设的加热机构为设置在压制空腔壁上的内置加热电阻(4)，内置加热电阻(4)连接热电偶和电源。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，压制空腔(12)的壁上设置抽气口(7)和进气口(8)。6.一种采用权利要求5所述的装置制备异构钛合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的钛合金块制屑前对表面进行打磨，去除表面的油污和氧化物；8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)压制和烧结时，压头压制压力为43～46mpa；压制烧结的温度为1027～1400℃均匀化30分钟，然后进行空气冷却，得到钛合金预制块。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(4)中的热轧具体为：轧制前在1027～1400℃下保温2-10min，轧制变形量为50％～85％；步骤(4)中的退火处理具体为：退火温度500～800℃，退火时间2-5小时。10.一种异构钛合金，其特征在于，采用权利要求6-9任一项所述的方法制备，异构钛合金包括α相ti-al，β相ti-v以及α+β双相ti-al-v。技术总结本发明为一种异构钛合金的制屑烧结压制一体化装置及方法。包括上部的车铣制屑机构和下部的压制烧结机构；车铣制屑机构包括柱状外壳，设置在制屑柱状外壳下的锥形斗，设置在制屑柱状外壳内的旋转铣刀，旋转铣刀外周设有至少两种不同相结构的钛合金；压制烧结机构包括压头，可升降的隔绝板，搅拌机构和具有加热机构的压制空腔；锥形斗的下部伸入隔绝板内，从而将旋转铣刀制备的碎屑输送到压制烧结机构内的搅拌机构上，搅拌机构将碎屑输送到压制空腔内，压头压制、启动加热机构进行压制烧结。本发明通过对α相Ti‑Al合金和β相Ti‑V合金进行制屑混合，压制烧结后再结合热轧和退火处理，可制得一种高强高韧的异构钛合金。技术研发人员：周浩,马浩伟,肖礼容,潘在蘩,高波受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16