[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

说明书

本发明公开的一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，包括关节球和外套圈，关节球和外套圈均由结构赋能材料制备而成，关节球和外套圈内部的金相组织中，基体为奥铁体，石墨形态为：石墨球径≤25μm、球化率为100％、石墨球密度达到300‑600个/mm²。本发明制备方法中，通过观察拉拔出一个步距的型材的颜色，及时将铁水的成分调控至共晶成分的微小范围内，显著增大球化率，获得100％球化的共晶石墨，且石墨球径≤25μm，避免出现大块的初生石墨；通过粗加工和磨削加工，制备具有自润滑性的关节球以及制备外套圈，组装得到向心关节轴承，具有吸音减震，良导热，且结构简单紧凑，对各种复杂的实际工况有较好的适应性。

技术领域

本发明属于向心关节轴承技术领域，具体涉及一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，本发明还涉及一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法。

背景技术

向心关节轴承是关节轴承中的一种，其滑动接触表面是一个铰接的内球面和外球面，运动时可以在任意角度旋转、在0-45°角度范围内倾斜摆动，具有自动调心作用，当支承轴与轴壳孔的不同心度较大时，仍能正常工作，对机械装配和运动精度的容差性较强，承载能力大。向心关节轴承具有结构紧凑、重量轻、耐冲击、自润滑、使用及维修方便、安全可靠性强等优点，因而广泛应用于工程机械、自动化设备、液压油缸、锻压机床、军工机械上。

向心关节轴承的上述结构特点，使得其难以实施油脂润滑。为了降低内外球面间的摩擦，出现了衬垫式自润滑关节轴承。这类轴承是在卡套的内球面上粘贴一层自润滑衬垫，和/或在内套的球面上喷涂一层固体润滑剂，用其内、外球面间的滑动摩擦来代替摩擦副表面的直接摩擦。目前常见的衬垫和喷涂材料为聚四氟乙烯。然而聚四氟乙烯对粘接剂和粘接工艺有严格要求，存在脱落和撕裂隐患；质地较软，在轴承摆动中，会被逐渐挤出受力面间隙；硬度较低，在刮蹭磨损中逐渐减薄，耐磨寿命有限。也有采用高强度、高硬度、减摩耐磨特性较好的陶瓷作为内圈材料。但是陶瓷材料无韧性，脆性大，限制了它的普遍应用，只能在冲击载荷不大的场合下使用。

另外，用在飞机上的关节轴承需要在零下几十度至零上百十度服役，为了减少热应力，材料的导热性能要好。

由此可知，向心关节轴承除了需具备一般结构材料所应具备的力学性能(抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性、弹性模量、疲劳强度等等)之外，还应具备自润滑等其它性能。本发明把这种在具有良好力学性能的同时，兼具一种或多种其他物理化学性能(吸音、减震、良导热、低温升等)的材料，称为“结构赋能材料”。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，解决了传统向心关节轴承粘接润滑膜易脱落、撕裂、使用寿命和可靠性差的问题。

本发明的另一个目的是提供一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于结构赋能材料的向心关节轴承，包括关节球和外套圈，关节球和外套圈均由结构赋能材料制备而成；

关节球由以下组分组成：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％；

外套圈由以下组分组成：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％。

本发明的特征还在于，

关节球和外套圈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。

本发明所采用另一个技术方案是，一种基于结构赋能材料的向心关节轴承的制备方法，包括以下步骤：