[发明专利]一种基于结构赋能材料的杆端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杆端关节轴承，包括内球套、中间卡套和鱼眼外套螺栓三大件，其中内球套与中间卡套由结构赋能材料组成。本发明的特征是用结构赋能材料中的石墨作为固体润滑剂，代替传统产品中的PETF或芳纶织物，消除了脱落、卡死等隐患。杆端关节轴承及其制备方法，通过观察刚拉拔出一个步距的型材的颜色是否为均匀橘红色，及时将铁水的成分调控至共晶成分的微小范围内，显著增大了球化率；最终通过对型材进行退火、粗加工、等温淬火和磨削加工，制备出力学性能与淬火调质钢相当，但又具有自润滑性的内球套和中间卡套，组装得到杆端关节轴承，该自润滑杆端关节轴承具有自润滑性，且结构简单紧凑，使用可靠、寿命长。

技术领域

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

背景技术

目前，机械装备上常见的杆端关节轴承为球面滑动轴承，由球面内套、中间卡套和鱼眼外套螺栓组成。内套与中间卡套的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和在一定角度范围内摆动，具有自动调心作用，对机械装配和运动精度的容差性较强，承载能力大，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、水利机械、固定翼飞机关节多处、直升飞机的球铰和旋翼根部。

杆端关节轴承的摩擦面上难以涂覆储存润滑油脂。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、外球面上固体润滑剂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球套材料。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。

由此可知，杆端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、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(自润滑、吸音、减震、良导热、低温升等)的材料，称为“结构赋能材料”。也就是“在具有足够力学性能的基础上，被赋予了自润滑、吸音、减震、良导热、低温升等性能的结构材料。”

发明内容

本发明的目的是提供一种基于结构赋能材料的杆端关节轴承，解决了现有杆端关节轴承粘接固体润滑膜容易脱落和撕裂、使用寿命短、游隙大、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杆端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杆端关节轴承，杆端关节轴承包括内球套、中间卡套和鱼眼外套螺栓三大件，内球套与中间卡套由结构赋能材料组成，

内球套材料由以下组分组成：C：3.5％-3.7％、Si：2.6-2.8％、Mn：≤0.3％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Cr：≤0.3％、残余镁含量0.04％和余量Fe，上述各组分的质量百分比总和为100％；

中间卡套由以下组分组成：C：3.3％-3.5％、Si：2.8-3.2％、Mn：≤0.15％、P：≤0.015％、S：≤0.01％、Cr：≤0.1％、残余镁含量0.04％、余量为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：

内球套与中间卡套的微观组织中的石墨形态和分布为：距型材表层12mm内的石墨球直径≤25μm，石墨球密度≥400个/mm²，球化率100％；距表面12mm以外的石墨球密度≥300个/mm²。