阅读说明：本技术 马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法 (Cryogenic high-pressure torque die and method for martensitic steel ) 是由 骆俊廷 肖遥 崔天伦 张丽丽 张春祥 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法,涉及高强度钢细晶处理技术领域,采用一种下模带有凹槽的模具,将USIBOR1500马氏体高强度钢板材装入下模的凹槽里的液氮中,上模下行压在板材上,向下模的凹槽中灌满液氮,然后把上模和下模之间进行密封,对试样进行深冷处理,处理时间为20min或30min；深冷处理后在4GPa或5GPa压力下高压旋扭,扭转角度为360°；将不同工艺深冷处理并进行高压旋扭后的USIBOR1500马氏体高强度钢板材再进行真空电场辅助再结晶退火处理,其温度为750℃,保温时间为20min,保温结束后空冷。最终制备出的USIBOR1500马氏体高强度钢晶粒为均匀的细小马氏体晶粒,其屈服强度、抗拉强度、延伸率均比处理前有所提高。(The invention discloses a cryogenic high-pressure torque-knob die and a method for martensitic steel, and relates to the technical field of high-strength steel fine grain treatment.A die with a groove on a lower die is adopted, a USIBOR1500 martensitic high-strength steel plate is loaded into liquid nitrogen in the groove of the lower die, an upper die descends to press on the plate, the groove of the lower die is filled with the liquid nitrogen, then the upper die and the lower die are sealed, and a sample is subjected to cryogenic treatment for 20min or 30 min; after the cryogenic treatment, high-pressure twisting is carried out under the pressure of 4GPa or 5GPa, and the twisting angle is 360 degrees; and (3) carrying out vacuum electric field assisted recrystallization annealing treatment on the USIBOR1500 martensite high-strength steel plate subjected to deep cooling treatment and high-pressure twisting by different processes, wherein the temperature is 750 ℃, the heat preservation time is 20min, and air cooling is carried out after the heat preservation is finished. The finally prepared USIBOR1500 martensite high-strength steel crystal grains are uniform and fine martensite crystal grains, and the yield strength, the tensile strength and the elongation are all improved compared with those before treatment.)

马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法

技术领域

本发明涉及高强度钢细晶处理技术领域，特别是涉及马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法。

背景技术

先进高强度钢，是具有复相组织的材料，通过严格控制加热和冷却工艺达到所要的化学成分和复相微结构，并采用各种强化机制来实现不同强度、延展性、韧性和疲劳性能，在汽车工业中得到了广泛应用。USIBOR1500高强度钢是一种常用的高强度钢材料，这种钢通过相变最终均可得到强度超过1500MPa的马氏体组织钢。

朱乐研究了USIBOR1500高强度钢板的热冲压成形工艺，同时分析了热冲压成形过程中成形零件中马氏体组织形成的条件，得出了马氏体相变规律。但是对于USIBOR1500马氏体高强度钢晶粒的均匀细小化及缩短高强度钢的热处理时间等未做进一步的研究。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法，以提升USIBOR1500马氏体高强度钢的综合力学性能，从而更好地满足USIBOR1500马氏体高强度钢在工程领域的应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供马氏体钢深冷高压旋扭模具及方法，所述模具包括上模和下模，所述下模的上表面设置有一凹槽；所述上模的下部***所述凹槽后，所述上模的下部与所述凹槽的内壁之间具有间隔；所述上模与所述下模之间设置有密封结构。

可选的，所述凹槽为圆柱形凹槽。

可选的，所述密封结构包括密封圈，所述密封圈设置于所述凹槽的开口处。

本发明还公开基于上述马氏体钢深冷高压旋扭模具的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将USIBOR1500马氏体高强度钢板材装入凹槽里，上模下行压在USIBOR1500马氏体高强度钢板材上，向凹槽中灌满液氮，然后把上模与下模之间进行密封；

步骤二：将步骤一中深冷处理后的USIBOR1500马氏体高强度钢板材在高压下进行高压旋扭，在扭矩和压力的共同作用下使USIBOR1500马氏体高强度钢板材发生压缩变形和剪切变形；

步骤三：将步骤二中处理后的USIBOR1500马氏体高强度钢板材置于烧结设备上进行电场辅助再结晶退火处理，保温结束后空冷。

可选的，步骤一中所述USIBOR1500马氏体高强度钢板材的厚度为1.5～2mm。

可选的，步骤二中所述高压为4GPa或5GPa，扭转角度为360°。

可选的，步骤一中，USIBOR1500马氏体高强度钢板材在液氮中深冷处理的时间为20min或30min。

可选的，步骤三中，USIBOR1500马氏体高强度钢板材的加热温度为750℃，保温时间为20min。

可选的，步骤三中所述烧结设备为放电等离子烧结设备。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、预先采用深冷处理，在液氮温度进行剧烈塑性变形，可以有效抑制动态回复，使位错能够有效积累，形成位错胞或位错墙等结构，同时诱导形变孪晶或剪切带的形成，形变产生的内应力会降低材料再结晶活化能，提高晶粒细化程度。在相同的应变量下，深冷变形晶粒细化程度要高于室温变形晶粒细化程度。并且深冷处理可降低钢中残余奥氏体量，并使组织中析出细小碳化物，也能够起到改善钢的力学性能的作用。

2、采用高压旋扭工艺，对USIBOR1500马氏体高强度钢板材产生剧烈塑性变形，使马氏体板条扭曲、破碎并在内部堆积大量位错，形成亚晶粒和位错胞，随后采取放电等离子烧结工艺进行电场辅助再结晶退火处理。该工艺具有低电压、高电流的特点，能够显著改变USIBOR1500马氏体高强度钢的显微组织结构。在脉冲电流作用下，USIBOR1500马氏体高强度钢中的自由离子放电产热，且升温迅速，同时破碎晶粒内部形核点增加，之后均匀形核长大，最终形成均匀细小的马氏体晶粒组织。

3、经本发明处理后的USIBOR1500马氏体高强度钢具有优越的综合力学性能，其晶粒为均匀的细小马氏体晶粒，其屈服强度、抗拉强度、延伸率均比处理前有所提高，可实现USIBOR1500马氏体高强度钢的力学性能的进一步提升，更好地满足USIBOR1500马氏体高强度钢在工程领域的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中马氏体钢深冷高压旋扭模具的示意简图。

图中：1、上模，2、下模，3、密封结构，4、液氮，5、试样。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种马氏体钢深冷高压旋扭模具，所述模具包括上模和下模，所述下模的上表面设置有一圆柱形的凹槽；凹槽刚好包覆上模但不对上模形成约束；所述上模与所述下模之间设置有密封结构3。所述密封结构3包括密封圈，所述密封圈设置于所述凹槽的开口处。密封圈通过一压环固定在凹槽的开口处，通过密封结构3将凹槽中的液氮与外部隔绝，防止液氮的气化流失，使深冷处理效果达到最佳。

本实施例中，模具材料为硬质合金。

实施例二：

将1.8mm厚的USIBOR1500马氏体高强度钢片状试样5装入下模2的凹槽里，上模1下行压在试样5上，向凹槽中灌满液氮4，然后将上模与下模之间进行密封，对试样进行20min的深冷处理。试样深冷处理后在4GPa压力下进行高压旋扭即转动下模，旋转角度为360°。然后在放电等离子烧结机中进行750℃退火再结晶处理，保温时间为20min，保温结束后空冷。

实施例三：

将1.6mm厚的USIBOR1500马氏体高强度钢片状试样5装入下模2的凹槽里，上模1下行压在试样上，向凹槽中灌满液氮4，然后将上模与下模之间进行密封，对试样进行20min的深冷处理。试样深冷处理后在5GPa压力下进行高压旋扭即转动下模，旋转角度为360°。然后在放电等离子烧结机中进行750℃退火再结晶处理，保温时间为20min，保温结束后空冷。

实施例四：

将1.7mm厚的USIBOR1500马氏体高强度钢片状试样5装入下模2的凹槽里，上模1下行压在试样上，向凹槽中灌满液氮4，然后将上模与下模之间进行密封，对试样进行30min的深冷处理。试样深冷处理后在4GPa压力下进行高压旋扭即转动下模，旋转角度为360°。然后在放电等离子烧结机中进行750℃退火再结晶处理，保温时间为20min，保温结束后空冷。

实施例五：

将1.9mm厚的USIBOR1500马氏体高强度钢片状试样5装入下模2的凹槽里，上模1下行压在试样上，向凹槽中灌满液氮4，然后将上模与下模之间进行密封，对试样进行30min的深冷处理。试样深冷处理后在5GPa压力下进行高压旋扭即转动下模，旋转角度为360°。然后在放电等离子烧结机中进行750℃退火再结晶处理，保温时间为20min，保温结束后空冷。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。