本实用新型涉及制备细晶粒材料的装置，特别涉及一种实验室用制备超细晶粒铝合金材料的复合挤压模具。
背景技术：
结构轻量化是构件主要的发展趋势之一，为实现构件的轻量化可以从结构和材料方面进行改进，采用轻质金属结构的材料，必须同时满足结构重量和强度的要求。以铝合金材料为例，为提高铝合金材料的力学性能，一般需要采用挤压工艺使铝合金产生大的塑性变形，从而使其组织细化。以下是各模具主体结构示意图。现有的变截面挤压模具，在挤压过程中，坯料外侧的晶粒既有轴向流动又有横向流动，材料外侧晶粒细化效果好。但是，坯料内部的晶粒只有轴向流动，材料内部的晶粒细化效果较差。所以，经过该模具挤压后，材料整个截面的晶粒尺寸分布的均匀性较差(外侧晶粒细而中心晶粒粗)。
现有的等通道转角挤压模具，坯料经过转角时会发生剪切变形，从而使组织得到细化。但是，经过一道次转角挤压，材料的晶粒细化效果不太好，要想得到超细的且分布较均匀的组织，需要经过多道次转角挤压才能实现，挤压过程复杂。
技术实现要素：
本实用新型的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种实验室用制备超细晶粒铝合金材料的复合挤压模具，使用该模具制备出的铝合金材料组织细化且分布均匀。基于该目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种实验室用制备超细晶粒铝合金材料的复合挤压模具，包括容器、所述容器内从上至下设有垫块、变截面挤压模具和等通道转角挤压模具，所述垫块和变截面挤压模具之间设有坯料容置空间，所述变截面挤压模具从上至下依次包括第一模腔、第二模腔和第三模腔组成的连续变截面的轴向波纹型挤压模腔；所述第三模腔连接等通道转角挤压模具。坯料先通过变截面挤压模腔挤压后，材料外侧组织细化程度好，但材料内部组织较粗，组织不均匀，然后通过等通道转角挤压，使材料的组织进一步细化且尺寸分布更均匀。
进一步地，所述等通道转角挤压模具包括依次连接的第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道通过圆弧连接，所述第一通道和第二通道之间的夹角 90°≤θ＜180°。
进一步地，所述夹角90°<θ<150°。
进一步地，所述坯料容置空间的高度至少为容器高度的1/2,所述变截面挤压模具的高度为容器高度1/5至1/4。
进一步地，所述第一通道的长度占所述等通道转角挤压模具总长度的1/5 至1/3。
进一步地，所述第一模腔、第二模腔和第三模腔组成的连续变截面的轴向波纹型挤压模腔由上至下逐渐向内收敛。
相比较现有技术，本实用新型有以下有益效果：复合挤压结合了变截面挤压与等通道转角挤压两者的优点于一体，只需要挤压一次，就可以同时完成变截面挤压和等通道转角挤压两个过程；在经过复合挤压一道次后，材料的晶粒明显细化且晶粒尺寸分布的均匀性也得到显著改善，挤压过程大大减化且挤压效果显著提高。
附图说明
图1为本实用新型实验室用制备超细晶粒铝合金材料的复合挤压模具结构示意图；
图中，1-容器，2-垫块，3-变截面挤压模具，31-第一模腔，32-第二模腔， 33-第三模腔，4-等通道转角挤压模具，41-第一通道，42-第二通道，5-坯料容置空间。
具体实施方式
下面结合实施例以及附图对本实用新型作进一步描述。
实施例1
一种实验室用制备超细晶粒铝合金材料的复合挤压模具，包括容器1、所述容器1内从上至下设有垫块2、变截面挤压模具3和等通道转角挤压模具4，所述垫块2和变截面挤压模具3之间设有坯料容置空间5，所述变截面挤压模具3 从上至下依次包括第一模腔31、第二模腔32和第三模腔33组成的连续变截面的轴向波纹型挤压模腔；所述第一模腔31、第二模腔32和第三模腔33组成的连续变截面的轴向波纹型挤压模腔由上至下逐渐向内收敛；所述第三模腔33连接等通道转角挤压模具4；所述等通道转角挤压模具4包括依次连接的第一通道 41和第二通道42，所述第一通道41和第二通道42通过圆弧连接，所述第一通道41和第二通道42之间的夹角90°≤θ＜180°。
变截面挤压模具3的三个模腔同轴设置，增加了材料在模腔内的横向流动性，第三模腔33的下部连接等通道转角挤压模具4的第一通道41的上部，第三模腔33的下部的横截面和等通道转角挤压模具4的横截面相等，从而能够顺利实现等通道转角挤压。
为了使挤压效果更好，所述夹角90°<θ<150°。挤压转角过小时，需要采用较大的挤压力，容易损坏模具，挤压出的材料变形不均匀程序增加。当挤压转角过大时，晶粒的细化效果和均匀性均得不到较好地改善。
为了使挤压过程中有足够的坯料，在所述坯料容置空间5的高度至少为容器高度的1/2,所述变截面挤压模具3的高度约为容器高度1/5至1/4。
所述第一通道41的长度占所述等通道转角挤压模具总长度的1/5至1/3。
本实用新型的工作过程为：坯料放入坯料容置空间5中，然后给垫块2施加压力，使坯料先通过变截面挤压，挤压使材料中的晶粒沿轴向流动，而通过变截面区时，会产生镦粗的作用，从而使坯料中的晶粒沿横向流动，在变截面挤压阶段，挤压塑性变形使晶粒在材料中不断的移动、交错从而使晶粒得到细化。此后，再通过等通道转角挤压，在等通道转角挤压阶段，坯料会产生严重的剪切塑性变形而使晶粒细化。经过这两个阶段的复合挤压后，晶粒显著细化且晶粒尺寸分布的均匀性也得到显著改善，因为复合挤压兼顾了单一的变截面挤压和单一的等通道转角挤压两者的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。