Какие свойства смазочных материалов характеризующие их качество
Главная / Информация / Основные параметры и свойства смазочных материалов
Материалы, способствующие уменьшению силы трения и износу трущихся поверхностей, увеличению нагрузочной способности механизмов, называют смазочными материалами.
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 пенетрацииопределяет 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 информации вы можете обратиться к оффициальным источникам конкретных производителей и сертификационых центров.
Типы базовых масел и температурные характеристики.
Парафиновые- от -12 до 140 ° C
Рапсовое- от — 20 до 80 ° C
Подсолнечное- от -18 до 110° C
Синтетические эфиры- от -30 до 170° C
Диэфиры- от -75 до 240° C
Синтетические углеводороды- от -60 до 170° C
Силиконовые- от -70 до 230° C
Загустители представлены:
Мыльными основами. Они подразделяются на натриевые, кальциевые, алюминиевые, литиевые, комплексные. Составляют более 80 % всего производства смазок.
Углеводородными основами. Где в качестве основы используются парафины, церезины, петролатумы.
Неорганическими основами. Для которых используются силикаты и их производные.
Органическими основами. В которых применяются сажевые компоненты и полимерные химические конструкции.
Показатели кинематической вязкости при 40° C— Вязкость определяет толшину смазывающей пленки и соответственно несущие способности смазки.
< 100 cSt- Очень низкие температуры, высокая скорость, низкая нагрузка.
100 cSt — 200 cSt- Средняя температура, скорость, нагрузка, “автомобильные”
200 cSt — 500 cSt- Средняя скорость, нагрузка от средней до высокой, “промышленные”
500 cSt — 1000 cSt- Низкая скорость, тяжелая нагрузка. “тяжелые промышленные”
> 1000 cSt- Очень низкая скорость, очень тяжелая нагрузка.
Присадки и добавки:
Стабилизаторы и загустители.Представленные комплексом химических соединений регулирующих вязкость базового масла и общую густоту смеси.
Моющие компоненты.(детергенты)Предотвращяют либо уменьшают коксование и появление высокотемпературных отложений.
Антиокислительные и антикоррозионные добавки. Предотвращают преждевременное старение компонентов смазки, уменьшают количество окисляющих веществ и коррозийных соединений.
Противозадирные и противоизносные компоненты. Представляют комплекс высокопрочных химических соединений. Предотвращают разрушение взаимодействующих поверхностей при граничном трении путем образования прочной защитной смазывающей пленки. Предотвращают непосредственный контакт рабочих поверхностей.
Депрессорные присадки. Добавки позволяющие значительно снизить порог низкотемпературного застывания смазки.
Антифрикционные добавки.Компоненты уменьшающие общий индекс трения. Создают дополнительные условия для скольжения взаимодействующих элементов добавляя в структуру смазки высокоподвижные соединения.
ISO 2137 Показатель пенетрации Класс NGL
Очень мягкие 400-430 445-475 00/ 000
Мягкие 355-385 310 -340 0/ 1
Средне твердые 265-295 2/ 3/4
Твердые 130-160 85-115 5/ 6
Классификация биоразлагаемых и огнестойких гидравлических жидкостей
Категория согласно
DIN 51 5202 и ISO 6743/4 Состав и основные характеристики Область применения и рабочие температуры.
НЕАЕ — Эмульсии «масло в воде», минеральное масло или синтетический сложный эфир. Содержание воды > 80% Передача мощности, около 300 атм, высокие рабочие давления.
HFAS — Водные синтетические химические растворы, не содержащие минеральных масел. Содержание воды > 80% Гидростатические приводы, около 160 атм, низкие рабочие давления. От 5 до < 55 °С
HFB — Эмульсии «вода в масле». Содержание минерального масла около 60% Применяется в угольной промышленности. От 5 до 60 °С
HFC — Водные растворы полимеров. Содержание воды >35% Гидростатические приводы, применяемые в индустриальных устройствах. От–20 до 60 °С
HFDR — Полиалкиленгликоли, растворимые в воде. Гидростатические приводы. От –30 до < 90 °С
HFDL — Безводные синтетические жидкости (например, сложные эфиры карбоновых кислот) Гидростатические приводы, индустриальные гидравлические системы. От –35 до < 90 °С
Категория согласно
VDMA 24568 и ISO 15380 БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ
HEPG — Полиалкиленгликоли, растворимые в воде Гидростатические приводы. От –30 до <90 °С
HETG — Триглицериды (растительные масла), нерастворимые в воде Мобильные гидравлические системы. От –20 до < 70 °С
HEES — Синтетические сложные эфиры, нерастворимые в воде Мобильные и промышленные гидравлические системы. От– 30 до < 90 °С
HEPR ПАО — и/или родственные углеводороды, нерастворимые в воде Мобильные и индустриальные гидравлические системы. От –35 до < 80 °С
Полиорганосилоксаны- высокомолекулярные кислородосодержащие кремнийорганические соединения. [R2SiO]n
Силиконы построены в виде основной несущей неорганической кремний-кислородной цепи (…-Si-O-Si-O-Si-O-…), в которой к атомам кремния присоеденены органические группы. Изменяя длину осносвной цепи и боковые группы можно получать силиконы с различными свойствами.
Силиконы делятся на три группы по параметрам цепи:
1- Силиконовые жидкости- менее 3000 силоксановых звеньев.
2 Силиконовые эластомеры — от 3000 до 10000 силоксановых звеньев.
3 Силиконовые смолы — более 10000 силоксановых звеньев и высокая сила связей.
Производство силиконов происходит стандартными методами химии полимеров, в том числе полимеризацией и поликонденсацией. Благодаря линейному строению молекулы появляется возможность создавать высокопрочные соединения для получения силиконовых высокопрочных резин.
В быту силикон получил широкое распространение благодаря особым свойствам прочности, отсутствия токсичности, отличным адгезионным свойствам, гидрофобгости и способности выдерживать экстремально высокие и низкие температуры. Силиконы являются отличными изоляторами тока, обладают биологической и химической инертностью, экологической чистотой и долговечностью.
Силиконы широко применяются в виде: силиконовых антиадгезионных смазок для пресс-форм, гидрофобизирующих жидкостей, силиконовых масел и пластичных (консистентных) смазок, силиконовых амортизационных и демпфирующих жидкостей, силиконовых диэлектрических и герметизирующих составов, различных добавок и модификаторов, низкомолекулярных и высокомолекулярных каучуков, силиконовых герметиков холодного отверждения, силиконовых резин, силиконовых компаундов. Силиконовые смолы применяются в соединениях с другими полимерами в составах для нанесения покрытий, отличающихся стойкостью, электроизоляционной способностью или гидрофобностью. Изделия из силикона сохраняют свою работоспособность от −60 °C до +200 °C В особых составах — от −100 °C до до +300 °C. Из-за высокой стоимости силиконов и особых свойств, пользующихся популярностью , в продажу регулярно поступают их подделки, чаще всего подделывается силиконовая резина и силиконовые герметики: их подменяют полихлорвинилом и акриловыми герметиками.
Важнейшими свойствами и качественными характеристиками смазочных масел являются вязкость и ее зависимость от температуры, маслянистость, температура застывания, химическая стойкость, коксуемость, температура вспышки, зольность, наличие механических примесей, воды, кислых и щелочных, сернистых соединений.
Для характеристики смазочных масел пользуются единицами кинематической и динамической вязкости, определяемой при температуре +100, +50, —15, —20, —35°C и др.
Для масел, работающих в широком диапазоне температур, большое значение имеет зависимость вязкости от температуры (вязкостно-температурная характеристика). Это значит, что такие масла должны обладать вязкостью, меньше изменяющейся в определенном интервале температур.
Числовая характеристика зависимости вязкости от температуры выражается индексом вязкости или температурно-вязкостным коэффициентом:
или
где В50, В100, в0 — вязкость исследуемого масла соответственно при температуре 50, 100, 0°C.
Маслянистость (липкость, или смазывающая способность) — способность масел прилипать к твердой поверхности с образованием на ней тонкой прочной маслянистой пленки, именуемой граничным слоем. Эта характеристика наиболее важна в тех случаях, когда масло работает при больших нагрузках и малых скоростях.
Температура застывания — это такая температура, при которой испытуемое масло в условиях опыта загустевает настолько, что при наклоне пробирки, в которой оно находится, под углом 45° уровень масла остается неподвижным в течение 1 мин. Эта характеристика является важнейшим показателем, учитываемым при транспортировании, хранении и заправке систем смазочными маслами.
При работе в узлах трения масло в результате воздействия высоких температур (начиная с 50—60°C) и кислорода воздуха окисляется. В результате этого появляются продукты окисления, изменяется состав и ухудшается качество масел. Поэтому важной их характеристикой является химическая стойкость, или стабильность (термоокислительная стабильность).
Смазочные масла, как правило, работают в условиях повышенных температур, что сопровождается образованием кокса, золы. Это может привести к их возгоранию.
Поэтому в стандартах отражаются такие Их характеристики, как коксуемость, температура вспышки и зольность.
Коксуемость — это способность масел образовывать кокс при воздействии высоких температур и давлении без доступа воздуха. Для авиационных масел допустимая коксуемость — 0,3—0,7 %, для дизельных — 0,4—0,8 %.
Температура вспышки — это такая температура, при которой пары смазочных масел, образуя с воздухом горючую смесь, вспыхивают при поднесении к ним пламени. Температура вспышки предопределяет как условия хранения, так и применение смазочных материалов. Для трансмиссионных масел она равна 128—180°C, для цилиндровых масел — 210—310°C.
Повышенная зольность масел вызывает разрушение трущихся деталей, поэтому содержание золы строго нормируется. В зависимости от назначения масла оно не должно превышать 0,005—0,2 %.
При оценке качества смазочных масел строго нормируются и такие показатели, как наличие механических примесей, влаги, кислых, щелочных и сернистых соединений,
Механические примеси (песок, глина, металлическая пыль) в смазочных маслах вызывают быстрое разрушение трущихся деталей. В смазочных маслах высокого качества наличие механических примесей не допускается.
Влага, кислые, щелочные и сернистые соединения вызывают коррозию металлических деталей, поэтому их содержание строго регламентируется стандартами. Наличие кислых и щелочных соединений характеризуется кислотным числом, показывающим количество едкого кали, требующегося для нейтрализации кислых соединений в 1 г смазочного масла. В зависимости от назначения масла кислотное число может иметь значение от 0,04 до 4.
Для улучшения эксплуатационных свойств смазочных масел к ним добавляют присадки. По назначению они подразделяются на следующие группы:
§ улучшающие вязкостные свойства масел (полимеры, обладающие весьма большой вязкостью: полиизобутилены; полиакрилостиролы и др.);
§ улучшающие смазочные свойства масел (олеиновая, стеариновая и другие жирные кислоты; естественные жиры, костяное и касторовое масла, диэфиры ксантогеновых кислот);
§ понижающие температуру застывания масел (депрессорные) —депрессатор АзНИИ (алкилнафталины), сантупор (продукт конденсации фенола с хлорированным парафином), АФК (триалкилфенолят кальция), полиметакрилат;
§ антиокислительные (для повышения химической стабильности масел) — АзНИИ-10, АзНИИ-11, параоксидифениламин, АН-22к, ДФ-11 (диалкидфосфат цинка);
§ антикоррозионные (создают на поверхности смазываемых металлов защитный слой, препятствующий воздействию на них кислых и других активных веществ) — высокомолекулярные кислоты, соли жирных и нафтеновых кислот, оксилкислоты, амины;
§ антинагарные (моющие) (препятствуют образованию нагара на стенках цилиндра) — соли нафтеновых и стеариновых кислот, сульфонаты, феноляты, фосфонаты.
§ многофункциональные (многокомпонентные).
Для смазки узлов трения, которые не могут удерживать жидкое масло или подача масла к ним затруднена, применяют пластичные (мазеобразные) смазочные материалы, называемые консистентными смазками. В отличие от смазочных масел они являются не однородными продуктами, а сложными коллоидными системами, твердую фазу которых составляет загуститель (иногда и наполнитель), а жидкую — минеральные масла.
Консистентные смазки применяются для понижения трения и степени износа, предохранения (защиты) поверхности изделий от коррозии, а также в качестве уплотнительной среды.
Для получения консистентных смазок используют нефтяные или синтетические масла, в качестве загустителя — соли жирных кислот (мыла) или твердые углеводороды (парафин, церезин), в качестве наполнителей — графит, тальк, окись цинка, аэросил и др.
Основными качественными характеристиками консистентных смазок являются пенетрация, температура каплепадения, коррозионные и предохранительные свойства, химическая, механическая, коллоидная и термическая стабильность.
Пенетрация (консистенция или степень густоты) определяет пригодность смазки для того или иного метода подачи к смазываемым деталям, возможность создания плотной набивки и др. Пенетрацию измеряют погружением в смазку специального конуса, для чего используют прибор, называемый пенетрометром. Сопротивление смазки проникновению конуса оценивается числом пенетрации. Оно показывает глубину погружения конуса в испытуемую смазку при определенных условиях и выражается в десятичных долях миллиметра.
Температура каплепадения (плавления) — это та температура, при которой смазка из пластичного состояния переходит в жидкое. Она характеризует верхний предел рабочей температуры смазки. Для надежной смазки трущихся деталей их температура должна быть на 10— 12°C ниже, чем температура каплепадения используемой смазки,
Коррозионные и предохранительные свойства смазок характеризуют их как химически инертный по отношению к металлам материал. Для предохранительных смазок требуется еще и способность защищать покрытые ими металлы от коррозии.
Химическая стабильность — это устойчивость смазок против окисления в процессе работы и хранения. При окислении образуются низкомолекулярные, а также липкие и смолистые продукты, в результате чего смазка расслаивается на твердую и жидкую фазы. Это снижает ее характеристики.
Механическая стабильность характеризуется способностью консистентных смазок противостоять механическому воздействию. Она зависит от природы и количества загустителя, степени очистки и происхождения масла,
Коллоидная стабильность определяет способность смазок не распадаться на жидкую и твердую фазы. Низкую коллоидную стабильность имеют смазки, содержащие небольшое количество загустителя и маловязкое масло. Такие смазки непригодны для работы в условиях высоких температур и нагрузок.
Термическая стабильность — это способность смазок сохранять свою структуру и свойства при длительном нагреве. Она зависит от содержания загустителя, температуры каплепадения и вязкости используемого в качестве жидкой фазы масла.
В стандартах на консистентные смазки допускается в определенных пределах содержание воды, свободной щелочи, механических примесей и золы, однако их количества строго нормируются. Свободная кислота во избежание коррозии металлов должна отсутствовать.