Какие способы определения качества смазочных материалов
Перейти к содержимому

Какие способы определения качества смазочных материалов

  • автор:

Современные методы анализа масел и смазочных материалов

Авторы: С.Ю. Зубкова, Р.А. Романов (ООО «Балтех»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2018

Для уменьшения расхода энергии и снижения износа трущихся поверхностей в роторных машинах и динамическом оборудовании необходимо их смазывать. Для этого ежегодно в мире производятся миллионы тонн смазочных материалов самого различного назначения, среди которых более 95% приходится на смазочные масла, остальное – пластичные смазки. Трудно переоценить влияние качества смазочных масел на износостойкость работающих механизмов.

В настоящее время существует две идеологии анализа масла: анализ масла при производстве (входной контроль) и анализ эксплуатационного масла. Эти две идеологии в корне отличаются друг от друга. Так, при производстве, а также при входном контроле необходимо, чтобы показатели качества попадали в заданные, заранее известные пределы, определенные стандартами и техническими условиями. При диагностическом контроле необходимо следить не столько за абсолютными значениями тех или иных показателей качества, сколько за изменением этих величин во времени. Такой подход часто называют анализом трендов. Однако, какую бы идеологию мы не рассматривали, важно правильно выбрать наиболее удобные методы анализа интересуемых показателей. К таким показателям относятся вязкость, температура вспышки, содержание присадок, общее кислотное/щелочное число, содержание воды, сажи, общее содержание ферромагнитных и других частиц износа, нитрование, сульфирование и многие другие.

Начнем рассмотрение аналитических методов, используемых при анализе масла, с основного диагностического показателя масла – вязкости. Вязкость любого смазочного масла должна быть достаточной для создания пленки, разделяющей трущиеся поверхности. Ее значение обычно указано в технической документации производителя оборудования, и применяемое масло должно точно соответствовать данным требованиям. Изменение вязкости свидетельствует о деградации или загрязнении масла и является сигналом для принятия неотложных мер. Для определения вязкости в настоящее время используются вискозиметры двух типов:

  • вискозиметры истечения, в которых измеряется кинематическая вязкость по скорости свободного течения (времени вытекания). Для этой цели классически применяется стеклянный капиллярный вискозиметр, отличающийся простотой и точностью определения. Также можно встретить использование сосудов с калиброванным отверстием на дне – вискозиметры Энглера, Сейболта и Редвуда;
  • ротационные вискозиметры, в которых определяется динамическая вязкость по крутящему моменту с установленной частотой вращения ротора или по частоте вращения ротора при заданном крутящем моменте.

Следует отметить, что в настоящее время наблюдается тенденция к переходу от ручных методов, когда необходима пробоподготовка образца, использование дополнительных реактивов, растворителей, а также наличие хорошо оборудованной лаборатории и специалистов химиков-аналитиков, лаборантов, к полуавтоматическим или даже автоматическим методам, когда от работника требуется только введение пробы масла в прибор. При этом часто желательно, чтобы анализ мог быть выполнен непосредственно на рабочем месте оборудования, т.е. анализирующий прибор должен быть портативным.

Примером такого вискозиметра может служить портативный вискозиметр 3050, поставляемый компанией «БАЛТЕХ» в составе своих минилабораторий серии BALTECH OA. Данный вискозиметр позволяет определять кинематическую вязкость масла в диапазоне 1…700 сСт при температуре 40 и 100°С – основным температурах, при которых она нормируется в технических условиях на смазочные масла. Вискозиметр 3050 требует для работы только введения 60 мкл масла, что может быть выполнено любым техническим персоналом любого предприятия. Он может использоваться как для входного, так и для эксплуатационного контроля.

Рассмотрим еще один из наиболее важных показателей состояния смазочного масла – содержание твердых микрочастиц. Частицы, размеры которых сопоставимы с размерами зазоров между трущимися поверхностями, могут вызывать интенсивное абразивное изнашивание деталей. Содержание таких частиц можно оценить двумя способами: по массе и путем подсчета. Определение частиц по массе – классический метод определения содержания механических примесей в масле по ГОСТ 6370–59. Но этот метод длительный и трудоемкий. Кроме того, для мониторинга состояния масел предпочтителен второй способ, дающий информацию не только об общем содержании частиц, но и об их распределении по размерам. Эту информацию можно получить двумя способами: подсчетом частиц в разных диапазонах их размеров под микроскопом, с помощью оптических счетчиков частиц, работающих на различных принципах подсчета. Первый способ самый доступный, но и самый трудоемкий. Для его реализации нужен только измерительный микроскоп, однако время обработки одной пробы измеряется часами.

Во втором способе используется принцип затенения света, обычно от лазерного источника. Тень от частицы, попадающей в луч лазера, регистрируется фотодатчиком, и полученный сигнал автоматически пересчитывается в размер частицы. Путем подсчета теней разной протяженности можно легко разнести проходящие через световой канал частицы по размерам. Этот способ получил наиболее широкое распространение. Счетчики частиц, работающих на этом принципе, выпускают несколько фирм. Результат определения получается за считанные минуты. Недостаток их состоит в возможном получении ложных положительных результатах: за механические частицы могут быть ошибочно приняты пузырьки воздуха, капли воды, а также мягкие лакообразующие частицы, не опасные для трущихся поверхностей, а также в необходимости сильного разбавления темных и очень загрязненных масел.

Более современными и лишенными подобных недостатков являются счетчики частиц серии LNF 200, работающие по принципу «лазерной сети». В них тени от частицы, попадающей в луч лазера, регистрируются в виде множества фотографий, которые потом обрабатываются специально разработанной программой, которая позволяет не только определить количество и размер частиц, но и произвести их классификацию на следующие типы: частицы, полученные в результате резания, старения, скольжения, неметаллические частицы и капли воды. Они также идентифицируют пузырьки воздуха и не учитывают их при подсчете. Кроме того, счетчики частиц LNF 230, поставляемые в составе минилабораторий BALTECH OA-5300 и BALTECH OA-5400, позволяют определить другой важный показатель при эксплуатационном контроле – общее содержание ферромагнитных частиц и их размер. Этот показатель служит количественной характеристикой степени механического износа металлических деталей. Он определяется встроенным в данный счетчик частиц магнитометром и выдается либо в виде концентрации (ppm) ферромагнитных частиц и их размеров.

Компания «БАЛТЕХ» может также поставить отдельно магнитометр FerroCheck 2100, который кроме возможности определения общего содержания ферромагнитных частиц в масле позволяет определять их содержание в смазке. Оба прибора являются портативными, переносными и не требуют использования никаких дополнительных реактивов и растворителей.

Однако магнитометр дает информацию лишь об общем загрязнении масла/смазки такими намагничиваемыми металлами, как железо и никель. Если необходимо более глубокое понимание процессов изнашивания и загрязнения, происходящих в машине, важно иметь максимально полную информацию об элементном составе пробы масла. Сегодня данную информацию получают с помощью двух основных методов: атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) либо атомно-эмиссионной спектрометрии на вращающемся дисковом электроде (АЭС-ВДЭ). Каждый из этих методов позволяет одновременно определять содержание более 20 химических элементов в пробе. Первый метод более известен в современной аналитической химии и широко используется, например, в экологии для определения металлов в воде. При этом пробу образца распыляют в аргоновую плазму и измеряют интенсивность характеристических полос излучения атомов исследуемых элементов. Недостаток этого метода для анализа масел – ограничение по размеру твердых частиц в пробе. Слишком крупные частицы (более 3…5 мкм) не до конца сгорают в плазме, и результат определения элементного состава будет занижен. Кроме того, необходима длительная пробоподготовка масла, которая может быть выполнена только в специализированной лаборатории химиком-аналитиком. Второй метод позволяет анализировать пробы масла с частицами размером до 8…10 мкм. В этом методе элементы атомизируются в дуговом разряде на дисковом графитовом электроде, который при вращении увлекает пленку анализируемого масла. Примером подобного прибора может служить элементный анализатор 120С анализирующий масло «как есть», без пробоподготовки и не требующий использования инертных газов и охлаждения. Для его работы необходимо только наличие электричества, поэтому он может использоваться в передвижных мобильных лабораториях.

Следует также обратить внимание на такие хорошо известные при анализе масла показатели, как кислотное и щелочное число. Кислотное число (КЧ, TAN) является мерой общего содержания кислых веществ, накапливающихся в масле в процессе его эксплуатации. Щелочное число (ЩЧ, TBN), напротив, – это мера способности масла нейтрализовать попадающие в него кислотные загрязнители и продукты окисления самого масла. Оба эти показателя выражаются в миллиграммах гидроксида калия на 1 г масла (что иногда вызывает путаницу, так как КЧ определяют титрованием щелочью, а ЩЧ – титрованием кислотой). В процессе эксплуатации масла (в частности, моторного) его КЧ увеличивается, а ЩЧ снижается. Баланс этих показателей служит хорошим критерием остаточного ресурса масла. Классическими методами определения КЧ и ЩЧ являются титрационные методы с использованием стеклянных бюреток или современных полуавтоматических/автоматических титраторов.

В последнее время все более популярным становится использование инфракрасной спектроскопии для анализа химического состояния масла: КЧ (TAN), ЩЧ (TBN), окисление, нитрование и сульфирование, а также содержание некоторых присадок. Спектр масла в средней инфракрасной области (600…4000 см–1) содержит обширную информацию о составе масла. По характерным полосам поглощения в спектре можно определять содержание некоторых присадок и загрязнителей. Если вычесть из спектра работающего масла спектр свежего масла, то разность будет представлять собой спектр того, что накопилось и израсходовалось в масле за время работы. Но для комфортного использования данного метода следует иметь калибровочные кривые (калибровки) для каждого типа интересующего масла и необходимых показателей. Портативный ИК-анализатор 1100 поставляется с библиотекой калибровок на 540 типов масел. Кроме того, он так же, как и все приборы, входящие в минилаборатории серии BALTECH OA, позволяет проводить анализ масла «как есть». Кроме состояния масла ИК-анализатор 1100 позволяет определить такие загрязнители, как вода, сажа, и наличие гликоля или топлива в масле.

Содержание воды – один из важнейших индикаторов состояния смазочного масла. Попадая в масло, вода вызывает коррозию металлических деталей машин, гидролиз и вымывание присадок, приводит к нарушению целостности масляной пленки и, как следствие, к ускоренному изнашиванию механизмов. Своевременное обнаружение попадания в масло воды и принятие мер по ее удалению может многократно продлить жизнь машины.

Наиболее распространенным для определения содержания воды методом является титрование по Карлу Фишеру, осуществляемое в автоматических титраторах. Данный метод дает наиболее полное представления о содержании всех форм воды в масле (растворенной, диффундированной и свободной). Однако использование небольшой пробоподготовки образца масла в виде интенсивного перемешивания и специальной калибровки позволяет ИК-анализатору 1100 определять полную воду с точностью, характерной методу Карлу Фишеру.

Из изложенного следует, что современные методы анализа масла и предназначенное для этого оборудование позволяют быстро, легко и просто на месте эксплуатации оборудования определить все необходимые показатели, необходимые как для производственного, так и эксплуатационного контроля. И хотя данное оборудование, как правило, сложное и наукоемкое, оно предназначено для работы любого технического персонала промышленных предприятий, специализированных лабораторий, автомастерских и автотранспортных компаний.

Противоизносные свойства – методы оценки качества горюче-смазочных материалов

Источник материала: Кузнецов А.И., Тимофеев Ф.В., Кузнецов А.А., Кормилицына В.Е. Учебно-справочное пособие. Нефтепродукты. в 2 ч. Часть 2. Основные характеристики. Методы оценки качества. Изд. Ульяновский государственный университет, Ульяновск, 2018 г. 250 с. :

Противоизносные свойства – эксплуатационные свойства нефтепродуктов, характеризующие их способность предотвращать все виды износа трущихся поверхностей.

При контакте твердых тел, являющихся деталями конструкции машин и механизмов возникает эффект трения. Поверхности тел имеют микронеровности. В зоне фактического контакта, более жесткие микронеровности внедряются в менее жесткую поверхность. Возможность внедрения обусловливается различием в механических свойствах материалов, неоднородностью материала на отдельных участках и различием в геометрических очертаниях контактирующих участков. При скольжении одного тела относительно другого внедренные неровности деформируют менее жесткий поверхностный слой. Сопротивление деформированию этого слоя является деформационной (механической) составляющей силы трения. Интенсивность изнашивания пар трения зависит от свойств материалов, технологической подготовки поверхностей и условий трения: нагрузки, температуры, наличия смазки.

В качестве смазочных материалов, используемых для снижения отрицательного эффекта, возникающего при контакте трущихся поверхностей машин и механизмов, используются нефтепродукты обладающие необходимым уровнем противоизносных свойств. Об уровне противоизносных свойств нефтепродуктов можно косвенно судить по результатам анализа их состава и физико-химических свойств (рис. 1).

Физико-химические свойства ГСМ, определяющие уровень их противоизносных свойств

Рис. 1. Физико-химические свойства ГСМ, определяющие уровень их противоизносных свойств

Наиболее достоверные данные, при оценке противоизносных свойств нефтепродуктов получают опытным путем, непосредственно по результатам испытаний на машинах трения, моделирующих условия рабочих процессов машин и механизмов.

1. Расклинивающие свойства смазочных материалов

Расклинивающие свойства – физико-химические свойства нефтепродуктов, характеризующие их способность оказывать сопротивление сближению контактирующих поверхностей под действием нормальной нагрузки.

Расклинивающие свойства нефтепродуктов связаны с полярностью молекул и их строением. Увеличение молекулярной массы углеводородов, входящих в состав нефтепродуктов, приводит к облегчению образования дипольного момента, что в свою очередь увеличивает прочность граничного слоя смазки и расклинивающих свойств.

В узлах трения современных машин, вследствие повышенных нагрузок в условиях высоких температур, смазочные масла не могут обеспечить необходимый уровень расклинивающих свойств, что приводит к необходимости введения в них дополнительных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Такими веществами являются противоизносные присадки. Противоизносные присадки, применяемые для улучшения свойств смазочных материалов, подбирают таким образом, чтобы их химически активные элементы не реагировали с поверхностью металла при температуре эксплуатации и не вступали в коррозионные процессы.

Характеристиками расклинивающих свойств нефтепродуктов, являются показатели (рис. 2), позволяющие оценить поведение исследуемого нефтепродукта в условиях эксплуатации.

Показатели качества, характеризующие уровень расклинивающих свойств смазочных материалов

Рис. 2. Показатели качества, характеризующие уровень расклинивающих свойств смазочных материалов

1.1 Определение краевого угла смачивания

Показатель «Краевой угол смачивания», характеризует контактное взаимодействие масла с твердой смазываемой поверхностью.

Для определения данного показателя, при оценке качества часовых масел применяют ГОСТ 7934.2-74 «Масла часовые. Метод определения краевого угла смачивания».

Сущность метода заключается в измерении микроскопом краевого угла смачивания капель масла.

При проведении испытания, анализируемое масло в виде капель наносят на предварительно подготовленную, согласно требованиям стандарта, рубиновую пластинку или меру длины концевую плоскопараллельную. После выдерживания пластинок с каплями масла в стеклянной чашке в течение 15 минут, при температуре до 25 0 С, замеряют краевые углы смачивания капель масла микроскопом, согласно методике проведения испытаний.

За краевой угол смачивания принимают разность между двумя положениями угловой шкалы микроскопа, выраженную в градусах.

1.2 Критическая температура граничного слоя

Под критической температурой граничного слоя понимается температура, определяемая в узле трения, при которой наблюдается резкое увеличение коэффициента трения, определяемого по формуле (145).

Определение критической температуры граничного слоя необходимо для оценки состояния поверхности трущихся поверхностей, так как резкое увеличение температуры в узле трения показывает, что значительно увеличилось сопротивление поверхностей. Таким образом, можно судить о том, что смазывающий материал перестал выполнять свои функции, по образованию пленки между трущимися поверхностями.

2. Модифицирующие свойства горюче-смазочных материалов

Модифицирующие свойства – физико-химическое свойство нефтепродуктов, характеризующее их способность вступать в химическую реакцию с металлическими поверхностями деталей трения и образовывать защитную пленку, выполняющую функции смазочного материала.

Образующаяся в результате химических реакций между смазочным материалом и деталями поверхностей пленка, обладает пониженной прочностью на сдвиг. Появление пленки, приводит как к прекращению скачкообразных изменений коэффициента трения, так и к снижению его величины по сравнению с исходным значением.

Оценка модифицирующих свойств смазочных материалов осуществляется путем определения показателей качества (рис. 3), позволяющих установить влияние испытуемого продукта на износ трущихся поверхностей в температурных и нагрузочных режимах, моделирующих условия эксплуатации.

Показатели качества, характеризующие уровень модифицирующих свойств ГСМ

Рис. 3. Показатели качества, характеризующие уровень модифицирующих свойств ГСМ

2.1 Определение износа трущихся деталей

Износ трущихся деталей – показатель качества, характеризующий влияние смазочного материала на процесс изнашивания трущихся поверхностей в установленных эксплуатационных режимах испытания.

Оценка данного показателя осуществляется, путем определения изменений, которые претерпели стандартные образцы в результате испытаний трущихся поверхностей, в среде испытуемого продукта.

2.2 Определение диаметра пятна износа

Диаметр пятна износа – показатель качества, оценивающий влияние испытуемого продукта на изменение характеристик трения в условиях эксплуатации.

Для определения данного показателя используют метод испытаний по ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине».

Стандарт распространяется на жидкие и пластичные смазочные материалы, применяемые для смазывания трущихся поверхностей.

При проведении испытаний определяются основные трибологические характеристики смазочных материалов:

  • несущая способность – по критической нагрузке Рк;
  • предельная нагрузочная способность – по нагрузке сваривания Рс;
  • противоизносные свойства – по диаметру пятна износа Dи;
  • противозадирные свойства – по индексу задира Из.

Для проведения испытаний используют четырехшариковую машину, с узлом трения, представляющим собой пирамиду из четырех контактирующих друг с другом стальных шариков. При этом, три нижних шарика закреплены неподвижно в чашке машины с испытуемым смазочным материалом. Верхний шарик закрепляется в шпинделе машины и вращается относительно нижних, под заданной нагрузкой с частотой вращения 1460 ± 70 мин -1 .

Шарики для проведения испытаний изготавливаются из стали марки ШХ-15 по ГОСТ 801-78 «Сталь подшипниковая. Технические условия».

Измерения осуществляются с использованием микроскопа, имеющим увеличение, не менее 20 и снабженным отсечной шкалой с ценой деления не более 0,01 мм.

Проведение испытаний подразумевает для каждого смазочного материала температурные режимы, предусмотренные нормативно-технической документацией на данный смазочный материал.

Испытания состоят из серии определений. Каждое определение осуществляется на новой пробе испытуемого смазочного материала и новых шариках.

При испытаниях жидких смазочных материалов, объем пробы заливаемый в чашку четырехшариковой машины должен покрывать все шарики, при испытаниях пластичных смазок, пробу наносят шпателем, не допуская образования пустот.

После проведения испытаний, при заданной температуре и нагрузке, осуществляется измерение диаметра пятен износа трех нижних шариков во взаимно перпендикулярных направлениях, с точностью не менее 0,01 мм. Среднее арифметическое значений диаметров пятен износа трех шариков принимается за результат измерения. Диаметр износа (Dи), определяется как среднее арифметическое результатов измерений двух последовательных определений пятен износа.

Критической считается нагрузка (Рк), при которой средний диаметр пятен износа нижних шариков находится в пределах значений предельного износа для данной нагрузки и увеличение которой до величины последующей нагрузки вызывает увеличение среднего диаметра пятен износа на величину более 0,1 мм.

Нагрузкой сваривания (Рс) считают наименьшую нагрузку, при которой в ходе испытаний произошла автоматическая остановка машины при достижении момента трения (1180±25) Н•см или сваривание шариков.

Для смазочных материалов, при испытаниях которых сваривания шариков не наблюдается и момент трения ниже предельного, за нагрузку сваривания принимают нагрузку, при которой образуется пятно износа средним диаметром 3 мм и более.

Индекс задира Из вычисляют по формуле:

где ΣQi – сумма условных нагрузок по ряду 1 (ряд нагрузок регламентированных требованиями стандарта) от начальной нагрузки до ближайшей нагрузки, предшествующей нагрузке сваривания;

n – число определений по ряду 1.

2.3 Температура химической модификации поверхности

Температура химической модификации поверхности – показатель качества, характеризующий температурные режимы начала химических превращений, приводящих к образованию защитной пленки на поверхностях соприкасающихся деталей.

В результате процессов химического взаимодействия с поверхностью металлов присадок, входящих в состав смазочных масел, образуются продукты, отличающиеся более низкой температурой плавления и пластичностью. Данные продукты образуют защитную пленку, которая позволяет заполировать поверхности элементов конструкции двигателей и тем самым снизить потери на трение поверхностей, понизить удельное давление и температуру в узлах трения. К присадкам, оказывающим влияние на модифицирующие свойства смазочных материалов, относятся: соединения серы, хлора, фосфора, органические соединения цинка, свинца, сернистые соединения молибдена и другие.

3. Противозадирные свойства смазочных материалов

Противозадирные свойства – физико-химические свойства, характеризующие способность смазочных материалов предотвращать повреждения трущихся поверхностей, в виде широких и глубоких борозд в конструкционных материалах.

Явление задира возникает вследствие схватывания или заедания поверхностей при трении. Под схватыванием понимается явление местного соединения двух твердых тел, происходящее при трении вследствие действия молекулярных сил. Заедание – процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала. Противозадирные свойства смазочных материалов оцениваются показателями, устанавливающими нагрузки, при которых происходят процессы сваривания и заедания трущихся поверхностей (рис. 4).

Показатели качества, характеризующие противозадирные свойства смазочных материалов

Рис. 4. Показатели качества, характеризующие противозадирные свойства смазочных материалов

3.1 Определение нагрузки сваривания

Нагрузка сваривания – показатель качества, характеризующий свойства смазочных материалов к сопротивлению внешним нагрузкам, после преодоления которого, происходит процесс сваривания трущихся поверхностей.

Порядок определения нагрузки сваривания определен требованиями ГОСТ 9490-75 и приведен ранее в п. 2.2.

3.2 Определение индекса задира

Индекс задира – показатель качества, характеризующий способность смазочных материалов к сопротивлению внешним нагрузкам, после преодоления которого, происходит процесс заедания трущихся поверхностей.

Порядок определения индекса задира определен требованиями ГОСТ 9490-75 на четырехшариковой машине трения и приведен ранее в п. 2.2.

Основные параметры и свойства смазочных материалов

Смазочные материалы широко применяются в современной технике, с целью уменьшения трения в движущихся механизмах (двигатели, подшипники, редукторы, и.т д), и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках (точение, фрезерование, шлифование и т. д.). В зависимости от назначения и условий работы смазочных материалов (смазок), они бывают твёрдыми (графит, дисульфид молибдена, иодид кадмия, диселенид вольфрама, нитрид бора гексагональный и т. д.), полутвёрдыми, полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др), жидкими (автомобильные и другие машинные масла), газообразными (углекислый газ, азот, инертные газы).

По происхождению или исходному сырью различают такие смазочные материалы:
минеральные, или нефтяные, являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке нефти. По способу получения такие материалы классифицируются на дистиллятные, остаточные, компаундированные или смешанные;

растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Наиболее широко в технике применяются касторовое масло.
животные масла вырабатывают из животных жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).
органические, масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. В связи с этим их чаще используют в смеси с нефтяными;
синтетические, получаемые из различного исходного сырья многими методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений — полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

По внешнему состоянию смазочные материалы делятся на:

жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью (нефтяные и растительные масла);
пластичные, или консистентные, смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др.;
твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

По назначению смазочные материалы делятся на масла:
— моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных);
— трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов, автомобилей, комбайнов, самоходных и других машин;
Эти два типа масел иногда объединяют термином «транспортные масла».
— индустриальные, предназначенные главным образом для станков;
— гидравлические для гидравлических систем различных машин;
Также выделяют компрессорные, приборные, цилиндровые, электроизоляционные, вакуумные и др. масла.

Основные параметры.

Основными характеристиками общими для всех жидких смазочных материалов являются:

· вязкость;

· температура застывания;

· температура вспышки;

· кислотное число.

Вязкость — одна из наиболее важных характеристик смазочного материала, во многом определяющая силу трения между перемещающимися поверхностями, на которые нанесен смазочный материал.

Значение вязкости смазочного материала всегда указывается при конкретном значении температуры, как прави ло, при 40 °С.

Температура застывания (точка утечки) — самая низкая температура, при которой масло растекается под действием силы тяжести. Понятие температуры застывания используется для определения прокачиваемости масла по трубопроводам и возможности смазки узлов трения, работающих при пониженной температуре. Под температурой застывания масла подразумевается температура, при которой масло, помещенное в пробирку и наклоненное под углом 45°, не изменяет своего уровня в течение одной минуты.Температура застывания должна быть на 5 . 7 °С ниже той температуры, при которой масло должно прокачиваться.

Температура вспышки — самая низкая температура, при которой масло воспламеняется при воздействии на него пламени. Температуру вспышки паров масла необходимо знать при подаче масла к узлам трения, работающим при повышенной температуре. Температуру вспышки определяют в открытом или закрытом тигле. Обычно в справочниках указывается температура вспышки паров масла в открытом тигле.

Кислотное число — мера содержания в масле свободных органических кислот. Кислотное число определяется количеством миллиграмм гидроксида калия (КОН), необходимым для нейтрализации всех кислых компонентов, содержащихся в 1 г масла. При старении масла кислотное число повышается. Во многих случаях это число является основным показателем для смены масла в циркуляционных смазочных системах.

При выборе жидких смазочных материалов для конкретных условий работы руководствуются следующими характеристиками:

· индекс вязкости — оценка изменения вязкости смазочного материала в зависимости от изменения температуры;

· окисляемость — оценка способности масла вступать в реакцию с кислородом. Стойкость к окислению — показатель стабильности того или иного масла;

· экстремальное давление (ЕР) — мера качества прочности масляной пленки, используется для характеристики смазочных материалов тяжело нагруженных поверхностей трения;

· заедание (Stick-slip) — оценка способности смазочного материала предотвращать скачки или неустойчивое движения силового стола или каретки станка даже при крайне низких скоростях.

Срок службы смазочного масла зависит от скорости накопления в нем вредных примесей и его старения

Пластичные (консистентные) смазочные материалы. Представляют собой нефтяные или синтетические масла с добавлением многофункциональных присадок и загустителя, в качестве которого используются мыла высших сортов жирных кислот, твердые углеводороды (церазины, парафины), силикагель и сажа, относящиеся к термостойким загустителям и др.

Пластичные смазочные материалы применяют в следующих случаях:

· для тяжелонагруженных подшипников скольжения, работающих при небольших скоростях в условиях граничного трения с частыми реверсами или в повторно-кратковременном режиме;

· когда смазочный материал кроме основного назначения используется как уплотняющий для предохранения поверхности от попадания загрязнителей из окружающей среды;

· для создания защитной масляной пленки на поверхности трения при длительных остановках;

· в узлах трения, доступ к которым затруднен или которые могут работать длительное время без пополнения смазки;

· при необходимости одновременного использования смазочного материала для консервации и смазки механизма.

Основные характеристики пластичных смазок :

· вязкость;

· предел прочности на сдвиг;

· температура каплепадения;

· число пенетрации.

Вязкость пластичных смазочных материалов, в отличие от смазочных масел, зависит не только от температуры, но и от скорости деформации. Значение вязкости пластичного смазочного материала, определенное при заданной скорости деформации и температуре, является постоянным и называется эффективной вязкостью.

Предел прочности на сдвиг — минимальное напряжение сдвига, которое вызывает переход смазки к ее вязкому течению. Предел прочности на сдвиг характеризует способность смазки удерживаться на движущихся деталях, вытекать и выдавливаться из негерметизированных узлов трения.

Температура каплепадения — температура, при которой смазка утрачивает свою густую консистенцию и переходит в состояние жидкой смазки (температура, при которой падает первая капля). Обычно пластичную смазку применяют при температурах на 15 . 20 °С ниже температуры каплепадения.

Число пенетрации определяет степень загустения пластичного смазочного материала, которая по ГОСТ5346-78 определяется глубиной погружения в смазочный материал стандартного конуса пенетрометра за 5 с при температуре 25 °С и общей нагрузке 150 г и выражается в десятых долях миллиметра.

Вниманию посетителей: Данная информация предоставляется для ознакмления. Формулировки и цифровые значения могут отличаться от оффициальных описаний и тестовых показателей. Для уточнения или дополнения интересующей ин ф ормации вы можете обратиться к оффициальным источникам конкретных производителей и сертификационых центров.

Какие способы определения качества смазочных материалов

Главная Транспорт 7 Методы определения смазывающих свойств

7 Методы определения смазывающих свойств

Испытания смазывающих свойств показывают, в какой мере масло выполняет свои основные функции — уменьшает силу трения и предохраняет детали от износа. При испытаниях имитируются реальные условия режимов трения. На практике существует довольно много частных случаев смазывания и поэтому имеется относительно много методов испытаний смазочных свойств.

Наиболее часто моделируется трение скольжения на небольшой поверхности. В ходе испытания постепенно повышается нагрузка и/или скорость скольжения (деформация сдвига измеряется или регистрируется сила трения и ее изменение, а также износ поверхности трения. Из полученных данных рассчитываются критические параметры — критическая нагрузка, нагрузка сваривания, нагрузочная способность масла, показательІєни износа, показатель скорости износа и др.

Метод четырех шариков(four ball test). Это наиболее распространенный и информативный метод определения смазывающих свойств масел и смазок. Четырехшариковая машина трения (ЧШМТ) с точечным контактом, была разработана компанией «Shell» N’ 51 350, ASTM D 2266, ГОСТ 9490-75, РД 50-531-85) (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Принцип работы четырехшариковой машины для изучения

Методом ЧШМТ определяются:

характер износа, кривая износа, показатель износа (wear line) в условиях гра­ничного трения — по пятнам износа шариков (ASTM D 2266, DIN 5 1350, Teil 3);

• критическая нагрузка, нагрузка сваривания и нагрузочная (несущая) способность — по точкам перегиба на кривой износа;

• индекс задира (нагрузки) — по предельному давлению (ASTM D 2596, DIN 5 1 350, Teil 2).

Характер изменения степени износа от нагрузки показывает противоизносные свойства масла или смазки при постоянной нагрузке, которая ниже критической. В ходе испытания периодически измеряется диаметр пятен износа на нижних шарах и рассчитывается среднее значение износа (в мм). Зависимость износа (D) от нагрузки (Р) характеризуется кривой износа (рис. 2.11). Интенсивность износа от начала и до сваривания зависит от способности смазочного материала уменьшать износ и характеризуется индексом задира (нагрузки) (load wear index — LWI). В начальном интервале нагрузки износ поверхностей трения происходит в условиях граничного трения и является пропорциональным нагрузке. В этом режиме соотношение между нагрузкой и соответствующим ей износом является постоянной величиной и может характеризовать противоизносные свойства масла или смазки. Индекс нагрузки выражается в ньютонах.

По точкам перегиба кривой износа определяются критические точки износа: критическая нагрузка Pk (critical load) — это такая нагрузка, при превышении которой начинается интенсивный износ, вызванный задиром в результате разрушения адсорбционного слоя смазки; критическая нагрузка показывает предельные возможности смазывания масла или смазки и называется несущей способностью (load-carrying capacity);

предельная нагрузка pc (limit load) или нагрузка сваривания (welding load) — это такая нагрузка, при превышении которой шары схватываются (свариваются).

Рис. 2.11. Кривая износа, полученная при помощи четырехшариковой машины. Зависимость диаметра пятна износа, d, от нагрузки Р

Метод FZG (FZG test, Four-square gear oil test), называемый также Методом Нима-( Viemann test) (СЕС L-07-A-95, DIN 51 354, IP 334) (рис. 2.12). Это один из основных и годов определения противоизносных и противозадирных свойств трансмиссионных масел. Свойства масла определяются при помощи двух цилиндрических шестерней, побуженных в исследуемое масло. Шестерни, находящиеся под нагрузкой прокручиваются о 15 мин при постепенном повышении нагрузки и измерении потери массы шестерен. Испытание заканчивается по достижении потери массы в 10 мг или после 12 циклов (если потери массы не достигают 10 мг). Смазывающие свойства масла выражаются через число u держанных циклов повышения нагрузки. Кроме этого, определяется предельная нагрузка, при которой шестерни начинают застревать, она называется OK нагрузкой (OK load) ныражается в ньютонах. Аналогичный метод применяется в США — тест Ридера (Ryder •xi) (ASTM D/ANSI D 1947).

Определение стабильности к окислению

Рис. 2.12. Схема прибора FZG по определению износа шестерней

Метод Тимкен EP (Timken Extreme Pressure Test) (ASTM D 2782) (рис. 2.13). Этим методом определяются противозадирные свойства масла при предельной нагрузке, т.е. критическую нагрузку задира или Timken OK нагрузка (Timken OK load), которая выражаегся в ньютонах. Это нагрузка, которую может выдержать масляная пленка на поверхности трения до появлением задира в условиях данного эксперимента. Такая нагрузка показывает нагрузочную способность масла.

Рис. 2.13. Схема метода Тимкена по определению противозадирных свойств масла

Метод Фалекс (Falex Pin and Уее Block Method) (ASTM D 3233). &алик имитирует .иейку подшипника, который зажимается двумя V-образными зажимами (рис. 2.14), изготовленными из высокопрочной стали, т.е. валик зажимается четырьмя прямолинейными поверхностями — контактами, и прокручивается с постоянной скоростью.

Рис. 2.14. Схема метода Фалекс

Вся эта система погружена в исследуемое масло с установленной постоянной температурой, скорость вращения — 330 об./мин (скорость скольжения — 10,4 см/с). Сила сжатия (Нагрузка) может быть увеличена как непрерывно, так и через определенные интервалы. Измеряется сила трения и износ. По полученным данным определяются антифрикционные и противозадирные характеристики масла.

Метод Алмен-Виланд (Almen Wieland). Метод аналогичный методу Фалекс, но зажимы имеют форму полувтулок и изготовлены из того же металла, что и валик (рис. 2.15). В этом случае контактирующая поверхность трения не линейная, а плоская. В ходе испытания при постоянной скорости вращения валика (200 об./мин, скорость скольжения 6,6 см/с), непрерывно увеличивают нагрузку до начала задира или до окончания ресурса прижимной силы. Измеряется сила трения и максимальная нагрузка до начала задира.

Рис. 2.15. Схема метода Алмен-Виланд

Ни один из приведенных методов не позволяет определить абсолютные параметры трения и износа или подобрать масло для конкретного применения в двигателях внутреннего сгорания, но дает возможность сравнивать качество применяемых присадок в определенных рабочих условиях (малые скорости скольжения и высокие нагрузки). Определение смазывающих свойств моторных масел возможно только при проведении испытаний на реальных двигателях.

Определение стабильности к окислению

Окисление масла (oxidation of oil). Масло, как и все углеводородные соединения, легко окисляется. Процесс окисления масла ускоряется при:

• увеличении доступа кислорода (в присутствии воздуха),

• каталитическом воздействии ионов некоторых металлов,

• механическом напряжении в условиях большой скорости сдвига и др.

Стабильность к окислению или антиокислительная стабильность (oxidation stability) это способность масла противостоять окислению. Окисление углеводородов является многостадийным процессом. В начале окисления накапливаются исходные продукты — перекиси, которые впоследствии резко ускоряют процесс. Этот первый этап окисления фактически не вызывает заметных изменений физических свойств масла и называет индукционным периодом (inductionperiod). Его продолжительность служит показателю й кости масла к окислению. Изучение хода реакции окисления по расходу кислоро-да определяется одним из наиболее простых и точных методов изучения окисления органических соединений. Определяются два показателя — индукционный период расхода кислоро-скорость расхода кислорода после индукционного периода. Стабильность к окисле-моторного масла для бензиновых двигателей определяется по методу TFOUT, ASTM 12 «Испытание стабильности к окислению моторных масел для бензиновых двигате-методом поглощения кислорода тонким слоем» (Test Method for Oxidation Stabiliy of ‘line Automotive Engine Oils by Thin-Film Oxygen Uptake).

После индукционного периода начинаются другие, самоускоряющиеся реакции давления, заметно изменяющие химические и физические свойства масла. Образуются азоты, смолы, увеличивается вязкость масла. Из смол на нагретых поверхностях образуются углеродистые отложения, нагар, лак, накопление которых может привести к повышенному износу, заклиниванию колец, толкателей и др. Кислые продукты окисления способтвуют коррозии деталей двигателя. Кроме того, продукты окисления ускоряют старение -резиновых деталей.

Процесс окисления масла в двигателе протекает при высокой температуре. Такое меиие имеет свои особенности и называется термоокислением (thermooxidation). Ібильность к термоокислению (thermooxidation stability) — это показатель, оценивает стойкость моторного масла к образованию нагара на горячих поверхностях цилиндро-поршневой группы. Испытание проводится путем нагревания металлической поверх-и с тонким слоем масла до испарения летучих фракций Остаток масла разделяется на реакцию масла и на нагар. Стабильность масла к термоокислению — это время (в мин) Іение которого масло, нагретое до температуры 250 °С превращается в остаток, состоит из 50 % фракций масла и 50 % нагара. Это испытание имитирует реальные условия чистоты моторного масла.

Ход термоокисления, характер продуктов и его последствия в реальных условиях экплуатации автомобиля являются сложными и зависят от:

• температуры масла и деталей двигателя;

• взаимодействия с продуктами сгорания топлива и др. Термоокислительные процессы ухудшают эксплуатационные свойства и поэтому стойкость к окислению является одной из основных характеристик масел. Для оценки стойкостн к окислению моторных масел, при определении их уровня качества, используют не .ко лабораторные, но и стендовые (моторные) испытания, которые наиболее близко соответствуют реальным условиям эксплуатации.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *