八个第三圆孔8 ;小板7尺寸为219 X 59mm2，通过四个沉头螺钉将小板居中固定在大板6上；
所述正压头由W6Mo5Cr4V2钢板制成，尺寸为220 X 60 X 100mm3；所述侧压头由W6Mo5Cr4V2 钢板制成，尺寸为 100 X 60 X 60mm3。
[0012]前后螺栓规格为M14 X 180。
[0013]上下螺栓规格为M14 X 220。
[0014]实施例1
本实施例采用上述模具制备三维大尺寸全致密纳米晶铁块体材料，包括以下步骤:
(I)将工业纯铁加工成219 X 59 X 59mm3的长方体；原始晶粒尺寸为35 μ m。
[0015](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4与底板上的第一圆孔2相对，八个上下螺栓分别依次穿过第一圆孔2和第一通孔4，末端通过螺帽固定；左右侧板上的第二通孔5与前后板上的第二圆孔3相对，四个前后螺栓分别依次穿过前板上的第二圆孔3、第二通孔5、后板上的第二圆孔4，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100kg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 X 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°C，保温时间I 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 X 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°C，保温时间I 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 °C，保温时间I 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，晶粒尺寸为82nm。
[0016]实施例2
本实施例同实施例1，其中，工业纯铁原始晶粒尺寸为35 μπι，第5、第9和第13步骤的退火温度为385°C，保温时间I h。最后制得的三维大尺寸全致密的长方体的纳米晶纯铁块体材料的晶粒尺寸为87nm。
[0017]实施例3
本实施例同实施例1，其中，工业纯铁原始晶粒尺寸为35 μπι，第5、第9和第13步骤的退火温度为390°C，保温时间I h。最后制得的三维大尺寸全致密的长方体的纳米晶纯铁块体材料的晶粒尺寸为95nm。
[0018]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
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320X 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320X 110mm2，前板的320 X I1mm2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320X50mm2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 X 60mm2，右侧板上开有两个贯穿两个尺寸为110X50mm2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 X 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219X59mm2，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 X 60 X 100mm3；所述侧压头由W6Mo5Cr4V2 钢板制成，尺寸为 100 X 60 X 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219X59X59mm3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100kg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 X 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°C，保温时间I 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 X 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°C，保温时间I 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°C，保温时间I 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。
【专利摘要】本发明公开了一种制备三维大尺寸全致密纳米晶铁块体材料的模具及方法。该方法以普通工业纯铁为原料，通过专用模具，在液氮温度下分别进行三向的大载荷冲击和退火处理，获得三维大尺寸全致密的纳米晶铁块体材料。本发明的方法无需专用生产设备，工艺简单，操作便捷，制备高效，经济性好。本发明的模具为组合式的可拆卸独立元件结构，使用方便，可靠性强，成本低，使用寿命长。
【IPC分类】B21J5-00, B21J13-02
【公开号】CN104690205
【申请号】CN201510038345
【发明人】罗伟, 严密, 王琪明, 吴琛, 马天宇, 姜银珠
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月27日