[发明专利]一种基于结构赋能材料的向心关节轴承及制备方法

权利要求书

1.一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，其特征在于，包括关节球(2)和外套圈(3)，所述关节球(2)和外套圈(3)均由结构赋能材料制备而成；

所述关节球(2)由以下组分组成：C：3.5％-3.7％、Si：2.6-2.9％、Mn：≤0.3％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Cr：≤0.2％和余量Fe，上述各组分的质量百分比总和为100％；

所述外套圈(3)由以下组分组成：C：3.3％-3.5％、Si：2.9-3.2％、Mn：≤0.15％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Cr：≤0.1％和余量Fe，上述各组分的质量百分比总和为100％。

2.根据权利要求1所述的一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，其特征在于，所述关节球(2)和外套圈(3)的内部微观结构均为：

石墨球径≤25μm；型材中的球化率为100％；型材中的石墨球密度达到300-600个/mm²。

3.如权利要求1或2所述的一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，用垂直连铸方法拉制关节球所用的球铁管材或实心棒材时，将预设成分物料在感应电炉中熔化成铁水，预设成分物料由以下组分组成：C：3.5-3.7％、Si：1.6-1.8％、Mn：≤0.3％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Cr：≤0.2％、余量Fe；

用垂直连铸方法拉制外套圈所用的球铁管材或实心棒材时，将预设成分物料在感应电炉中熔化成铁水，预设成分物料由以下组分组成：C：3.3-3.5％、Si：1.8-2.1％、Mn：≤0.15％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Cr：≤0.1％、余量Fe，上述各组分的质量百分比总和为100％；

步骤2，把熔化好的铁水静置不少于20min，使用垂直连铸方法拉制型材，将步骤1中的铁水倒入吊包，向铁水加入球化剂和孕育剂，使铁水经孕育和球化处理后的硅含量达到2.6-2.9％，残镁含量为0.035-0.045％；

步骤3，将步骤2中经孕育和球化处理后的铁水注入连铸炉的炉膛，随后流入结晶器中冷凝成管材或棒材，与伸入结晶器的引晶杆前端相嵌套，此时启动拉拔机通过提拉引晶杆，对管材或棒材进行步进式提拉，得到型材；

对从所述结晶器拉拔出的一个步距的型材的颜色均匀性进行观察，若一个步距的型材为均匀橘红色，将经步骤2孕育和球化处理后的铁水持续向所述连铸炉的炉膛内注入，使其充满所述结晶器，以使拉拔工艺连续进行；若一个步距的型材呈条带状黑白相间分布，则需向连铸炉的炉膛中加入步骤2的孕育剂1-2次，向步骤1的电炉中加入增碳剂，继续拉拔，观察颜色直至为均匀的橘红色结束；

步骤4，待步骤3拉拔工艺结束，对得到的型材进行金相检测和电镜检测；

步骤5，待步骤4金相检测和电镜检测结束后，对型材进行正火处理；

步骤6，对经步骤5处理后的型材粗加工为关节球，并预留0.2-0.3mm的磨量，随后进行等温淬火处理和磨削加工，得到所需关节球；

步骤7，重复步骤1至步骤5，得到外套圈；

步骤8，将步骤6的关节球和步骤7的外套圈装配，得到所需的向心关节轴承。

4.根据权利要求3所述的一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法，其特征在于，步骤4所述的金相检测和电镜检测标准是：

石墨球径≤25μm；型材中的球化率为100％；型材中的石墨球密度达到300-600个/mm²，具体的距型材表层15mm内的石墨球密度≥400个/mm²；距表面15mm以外的石墨球密度≥300个/mm²。

5.根据权利要求3所述的一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法，其特征在于，步骤5所述的正火处理具体为：

经步骤3金相检测和电镜检测合格的型材在875-885℃下，保温90-120min，并在出炉后空冷至室温。