[发明专利]制备三维大尺寸全致密纳米晶铁块体材料的模具和方法

权利要求书

1.一种制备三维大尺寸全致密纳米晶铁块体材料的模具，其特征在于：该模具由一块上板、一块底板、一块前板、一块后板、一块左侧板、一块右侧板、一个正压头、一个侧压头、四根前后螺栓和八根上下螺栓组成，前板和后板、左侧板和右侧板规格完全一致；

所述底板由厚度50mm的W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为320×160mm²；底板两侧对称开槽，槽中心线到底板边的距离为25 mm，槽宽26mm，槽深13mm，槽长320mm，槽内对称开有4个直径15mm的第一圆孔，同一个槽内相邻两个第一圆孔中心线间距为65mm；

所述前板由厚度50mm的W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为320×110mm²，前板的320×110mm²面上开有四个直径15mm的第二圆孔，左右两个第二圆孔中心线间距270mm，上下两个第二圆孔中心线间距50mm；前板上开有四个贯穿两个尺寸为320×50mm²的面的第一通孔，第一通孔孔径为15mm，相邻两个第一通孔中心线间距为65mm；

所述右侧板用厚度50mm的W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为110×60mm²，右侧板上开有两个贯穿两个尺寸为110×50mm²的面的第二通孔，第二通孔的孔径为15mm，第二通孔中心线间距50mm；

所述上板由厚度为50mm的大板和厚度为50mm的小板组成，所述大板和小板均由W6Mo5Cr4V2钢板制成，大板尺寸为320×160mm²，大板上开有与底板上8个第一圆孔相对应的八个第三圆孔；小板尺寸为219×59mm²，通过四个沉头螺钉将小板居中固定在大板上；

所述正压头由W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为220×60×100mm³；所述侧压头由W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为100×60×60mm³。

2.一种制备三维大尺寸全致密纳米晶铁块体材料的方法，其特征在于，该方法通过采用权利要求1所述的模具来实现，包括以下步骤：

（1）将工业纯铁加工成219×59×59mm³的长方体；

（2）组装模具，留出上板不装配，在底板、前板、后板、左侧板、右侧板的内侧面垫上单层的506云母纸后水平放置在打击工作台上，开口朝上；模具的组装方法如下：

（2.1）将底板置于水平面上，开槽的面朝下；

（2.1）将左侧板和右侧板分别置于底板上，将前板和后板分别置于底板上，前后板上的第一通孔与底板上的第一圆孔相对，八个上下螺栓分别依次穿过第一圆孔和第一通孔，末端通过螺帽固定；左右侧板上的第二通孔与前后板上的第二圆孔相对，四个前后螺栓分别依次穿过前板上的第二圆孔、第二通孔、后板上的第二圆孔，末端通过螺帽固定；

（3）将长方体工业纯铁完全浸入液氮并保持40min；

（4）将液氮中的工业纯铁取出并放入工作台上的模具中，在工业纯铁的第一受打击面上垫上单层的506云母纸，再将正压头放置在云母纸上，启动1000kg空气锤对其进行高速打击，连续打击2次，打击速度为2.49m/s；所述第一受打击面为任一个尺寸为219×59mm²的面；

（5）将模具中的工业纯铁取出，放入热处理炉中进行再结晶退火处理，退火温度380~390℃，保温时间1 h，随炉冷却到室温；

（6）在底板、前板、后板、左侧板、右侧板的内侧面重新垫上单层的506云母纸后水平放置在打击工作台上，开口朝上；

（7）将炉中的工业纯铁取出，完全浸入液氮并保持40min；

（8）快速将液氮中的工业纯铁取出并放入工作台上的模具中，在工业纯铁的第二受打击面垫上单层的506云母纸，再将正压头放置在云母纸上，启动1000 kg空气锤对其进行高速打击，连续打击2次，打击速度为2.49m/s，所述第二受打击面尺寸为219×59mm²，且与第一受打击面相邻；

（9）将模具中的工业纯铁取出，放入热处理炉中进行再结晶退火处理，退火温度380~390℃，保温时间1 h，随炉冷却到室温；

（10）重新组装模具，在组装好的模具的各个内侧面（底板、左侧板、前板、后板、上板的内侧面）垫上单层的506云母纸后，开口朝上水平放置在打击工作台上；模具的组装方法如下：

（10.1）在步骤2组装好的模具的基础上，将固定右侧板的两个前后螺栓取下，然后卸下右侧板；

（10.2）将八个上下螺栓的螺帽取下，然后将上板安装在前板、后板、左侧板上方，上板的大板在上，小板在下；上板上的第三圆孔穿过八个上下螺栓，末端通过螺帽固定；

（11）将炉中的工业纯铁取出，完全浸入液氮并保持40min；

（12）快速将液氮中的工业纯铁取出并放入工作台上的模具中，受打击面垫上单层的506云母纸后，再将正压头放置在云母纸上，启动750kg空气锤对其进行高速打击，连续打击2次，打击速度为2.33m/s；

（13）将模具中的工业纯铁取出，放入热处理炉中进行再结晶退火处理，退火温度380~390℃，保温时间1 h，随炉冷却到室温；

（14）从炉中取出工业纯铁，即可获得三维大尺寸全致密的长方体的纳米晶纯铁块体材料。