本发明属于先进结构材料，具体涉及一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法。
背景技术：
1、钛及钛合金种类繁多，根据退火状态的相组成可以分为三类：α型钛合金、(α+β)型钛合金以及β型钛合金。其中，α型钛合金是α相固溶体组成的单相合金，组织稳定，塑性较好，但强度较低；(α+β)型钛合金具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热加工，但强度提升有限；β型钛合金是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可超过1600mpa，但塑性较低，综合性能不如(α+β)型钛合金。由此可见，材料强塑性存在消彼长的矛盾关系这源于经典位错运动理论导致的金属材料强度和塑/韧性之间固有的倒置关系，是高性能结构材料的开发和应用所无法回避的难题。因此，亟需突破传统钛合金结构材料以位错运动理论为指导的设计、制备和应用理念，探索其增强、增塑/韧的新途径。
2、为克服这一难题，人们从材料的结构设计出发，一方面利用粉末冶金，通过加入增强相来提高合金基体的强度。例如在α型或(α+β)型钛合金中，加入石墨烯、碳纳米管、sic、ti5si3、b4c、tic、tib2和al2o3等增强相，采用粉末冶金方法，通过机械混合和烧结的方式，制备出具有更高强度的钛基复合材料。目前，该方法已成为提高钛合金性能的最有效方法之一，在航天、军事、海洋工程等领域显示出广阔的前景。虽然增强相的添加能够一定程度上提高复合材料的强度，但主要问题还是其延伸率相对较低。另一方面，利用特殊加工方式构造异质结构，如层状结构、核壳结构、梯度结构和双相结构等，引入应变梯度，使材料表现出显著的加工硬化效应，实现强塑性的良好匹配。但方式涉及的材料制备和加工方式难度较大，成本较高，难于大规模连续生产和加工，尚不能实现工业化生产。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法。该方法通过在α或(α+β)型钛合金基体材料中加入亚稳β型钛合金异质合金并控制烧结成型、热处理及加工工艺，调控等轴β相与板条状α相的体积分数，构造板条状(α+β)相、等轴β相及其内部的棒状α相等多相异质结构，有效发挥异构强化作用，提供部分延展性，实现了钛合金强度和塑性的同时提高。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、选材：选用α或(α+β)型钛合金为基体材料，选用亚稳β型钛合金为异质合金；
4、步骤二、混粉：将步骤一中选用的基体材料的粉末与异质合金的粉末放置于球磨机中球磨混匀，得到混合粉末；
5、步骤三、成型：将步骤二中得到的混合粉末进行等离子烧结成型，得到异构钛合金坯体；
6、步骤四、热处理及加工：将步骤三得到的异构钛合金坯体进行热处理，然后进行轧制或挤压变形加工，得到异构钛合金；所述异构钛合金轧制态的屈服强度高于1280mpa，抗拉强度高于1370mpa，断后延伸率大于9％。
7、本发明在α或(α+β)型钛合金基体材料中加入亚稳β型钛合金异质合金，采用粉末冶金法进行球磨混匀、烧结成型、热处理及加工，通过控制烧结、热处理及加工工艺，调控等轴β相与板条状α相的体积分数，构造板条状(α+β)相、等轴β相及其内部的棒状α相等多相异质结构，制备得到具有异质结构的钛合金，发挥异构强化作用，并提供部分延展性，实现了钛合金强度和塑性的同时提高。
8、上述的一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，步骤一中所述亚稳β型钛合金的mo当量为9～20。该mo当量范围内的亚稳β型钛合金在快速冷却的条件下存在多种亚稳相转变和多种变形方式，可以通过不同亚稳相与变形方式相耦合的方式实现在较大范围内调控钛基复合材料的强度和塑形。
9、上述的一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，步骤二中所述混合粉末中异质合金的粉末质量含量为1％～40％。通过控制异质合金材料的含量，保证了对基体钛合金塑性的改善效果，同时避免其含量过多严重影响异构钛合金材料的强度。
10、上述的一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，步骤二中所述球磨混匀的转速为200rpm，球料比为5:1，球磨时间为10h。球磨混匀采用低能球磨方式，在实现两种合金混合均匀的同时减少发热现象，避免混合粉末严重氧化甚至引入杂质和冷焊现象。
11、上述的一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，步骤三中所述等离子烧结成型的温度为1000℃，时间为5min。本发明依据基体合金材料和异质合金的β相转变温度设定上述烧结温度，在保证产物异构钛合金材料致密度的情况下，控制烧结温度低于基体合金材料的β相转变温度，高于异质合金材料的β相转变温度，且短时间的烧结避免了晶粒长大，有利于保证产物异构钛合金的强度。
12、上述的一种强塑性同时提高的异构钛合金制备方法，其特征在于，步骤四中所述热处理包括固溶处理和时效处理，且固溶处理的温度为750℃～900℃，时效处理的温度为500℃～700℃。热处理主要用于调节添加的β型钛合金的组织、成分和力学性能，进而调控异构钛合金的力学性能。固溶处理的目的是得到β相的过饱和固溶体。添加的β型钛合金其β相转变温度一般在800℃左右，固溶温度一般选在相变以上，但固溶温度过高，会造成晶粒明显长大，降低强度。时效处理目的是析出并调控β型钛合金中α相的形貌和分布，时效温度过高则强度不足，时效温度过低不但α相不会析出，反而会析出硬脆的ω相，使塑性恶化。
13、本发明与现有技术相比具有以下优点：
14、1、本发明采用粉末冶金法，通过在α或(α+β)型钛合金基体材料中加入亚稳β型钛合金异质合金并控制烧结成型、热处理及加工工艺，调控等轴β相与板条状α相的体积分数，构造板条状(α+β)相、等轴β相及其内部的棒状α相等多相异质结构，制备得到异构钛合金，有效发挥异构强化作用，提供部分延展性，实现了钛合金强度和塑性的同时提高。
15、2、相比现有构造异构的方法，本发明采用粉末冶金法，通过添加异种合金构造异质结构，得到局部非均匀的异质结构的钛合金，制备方法简单，成本低，且制备的异构钛合金结构及力学性能可控。
16、3、本发明制备的异构钛合金由板条状的α或(α+β)相、等轴β相及其内部的棒状α相构成，通过异构强化、加工硬化以及固溶强化等多种强化方式的耦合效应，显著提高了钛合金的力学性能。
17、4、本发明制备的异构钛合金力学性能优异，轧制态的屈服强度高于1280mpa，抗拉强度高于1370mpa，断后延伸率大于9％，其抗拉强度较基体提高了30％以上，且断后延伸率与基体相当。
18、5、本发明选用的α或(α+β)型钛合金和亚稳β型钛合金的粉末均可采用最常见的市售钛合金粉末产量化制备方法—旋转电极法制备，该方法制备的合金粉末中碳、氢、氮杂质含量均低于10ppm，氧含量低于100ppm，有利于提高异构钛合金的质量，且来源广，成本低。
19、6、本发明的制备工艺成本低、应用范围广，易于实现，且整个制备过程耗时短，能耗低，适用于工业化大批量生产。
20、下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。