6.2. Виды смазочных материалов.

Смазочный материал - материал, вводимый на поверхность трения для уменьшения износа, повреждения поверхности и (или) силы трения. Наличие смазочного материала в некоторых случаях также позволяет отвести от узла трения тепло и продукты износа, герметизировать его и предохранить от коррозии.

Разнообразие машин, механизмов, сочленений и деталей, а также условий их работы обусловливает применение множества разнообразных видов, сортов и марок смазочных материалов. Их можно разделить на следующие основные группы (рисунок 2): минеральные масла, пластичные (консистентные) и сухие смазки, твердые смазочные покрытия и присадки.

Минеральные смазочные материалы получают из нефти, угля, сланца, мазутов, бензина, керосина, дизельного топлива и других минералов. Для получения минеральных масел мазут подвергают перегонке. Сначала отделяются легкие фракции — дистилляты. Они служат полуфабрикатами для изготовления масел малой и средней вязкости, называемых дистиллятными. Такие масла имеют меньше асфальтосмолистых веществ, отличаются большей стабильностью и меньшим содержанием веществ, выпадающих в осадок. После отгонки дистиллятов остается масляный гудрон, из которого получают более тяжелые и высоковязкие масла, называемые остаточными. Они получили самое широкое распространение в технике. Животные, получаемые из жира животных (китовый и рыбий жир, свиное сало и др.), и растительные, получаемые из растений (хлопка, клещевины, конопли и др.). Чаще всего они входят в состав присадок, добавляемых к минеральным смазочным материалам для улучшения различных свойств. Синтетические смазочные материалы получают путем химического синтеза из органических или элементоорганических соединений.

По физическим свойствам смазочные материалы подразделяют на газообразные, жидкие, консистентные (пластичные) и твердые.

Наибольшее распространение получили жидкие и пластичные смазочные материалы.

По способу производства смазочные масла подразделяются на следующие основные четыре группы:

1. дистиллятные;

2. остаточные;

3. смешанные (компаундированные);

4. масла с присадками.

Жидкие смазочные материалы. Жидкие смазочные материалы (масла) применяют, когда в узлах трения удается создать жидкостное (полужидкостное) трение или когда необходим принудительный отвод теплоты или продуктов износа. Минеральные масла по преимущественным областям применения разделяются на:

• Индустриальные — И-12 (ИС-12-веретенное 2-старое название), И-30А (ИС-30), И-50А (ИС-50) и др., не имеющие присадок (в некоторые из них вводится только до 0,5 % депрессатора). Применяют также масла ИГП-30, ИГП-38 и др., содержащие присадки;

• Компрессорные — К-12, К-19, ИКС-19;

• Моторные, которые подразделяются на :

• карбюраторные — АС-6 (М-6Б), АС-8 (М-8Б) и т.д.;

• дизельные — ДС-8 (М-8Б₂), М-10В₂ и т.д.;

• автотранспортные;

• авиационные;

• Турбинные — Тп-22 и Тп-30, Т₂₂ и Т₃₀ и т.д.;

• Приборные — ИС-30;

• Трансформаторные — ТС-10 ОТП, ТКп, Т-750 и т.д.;

• Трансмиссионные — трансмиссионное автотракторное летнее, трансмиссионное автотракторное зимнее, трансмиссионное автомобильное, ТАД-17, ТАп-10, ТС-8, МТ-14п;

• Цилиндровые — цилиндровое 52 и т.д.;

• Для гидравлических систем — И-12А, И-20А, И-40А, И-50А, ВНИИ НП-403, ВНИИ НП-406, ИГНСп-20 и ИГНСп-40;

• Консервационные;

• и т.д.

Индустриальные масла применяются для смазки разнообразных механизмов, не требующих масел, обладающих какими-либо специальными свойствами Индустриальные масла делятся на семь групп: общего назначения, для высокоскоростных механизмов, для гидравлических систем промышленного и станочного оборудования, для зубчатых передач, для направляющих скольжения, жидкости специального назначения. Перечень индустриальных масел и порядок их назначения регламентируется ГОСТ. Отличительной особенностью условий эксплуатации индустриальных масел является невысокая рабочая температура (не более 50С).

Компрессорные предназначены для смазывания компрессоров и воздуходувных машин, также используются для сопряжений, работающих в условиях высоких температур и давлений. Отличительной особенностью этих масел является высокая термическая стабильность, высокая вязкость и высокие противокоррозионные свойства.

Моторные предназначены для смазки двигателей внутреннего сгорания.

Турбинные масла применяют для смазывания подшипников паровых и газовых турбин, турбонасосов, турбовоздуходувок, генераторов электрического тока, для смазывания отбойных молотков, для смазки деталей, имеющих высокие скорости вращения.

Приборные — для смазки точных механизмов и приборов.

Трансформаторные предназначены для трансформаторов, реостатов, масляных выключателей и других высоковольтных аппаратов в качестве изолирующей теплоотводящей среды. Отличительными особенностями трансформаторных масел является высокая диэлектрическая прочность, эффективный отвод тепла, соответствующая вязкость, антиокислительная устойчивость.

Трансмиссионные масла применяют для смазки коробок передач, раздаточных коробок, бортовых предач, дифференциалов и различных тяжелонагруженных передач;

Цилиндровые используются в тяжелонагруженных узлах, работающих во влажной атмосфере и при высокой температуре

Консервационные масла с защитными присадками применяются для предохранения от коррозии труднодоступных внутренних поверхностей, для предохранения открытых наружных частей машин. Использование консервационных масел взамен пластичных смазок имеет ряд преимуществ: их удобно наносить на изделия, за состоянием поверхности легко следить, так как масляный слой прозрачен и его не нужно удалять при осмотре; изделия после хранения не требуют расконсервации.

Буквы в названии масла обозначают область применения и способ очистки масла:

А — автотракторное, автомобильное;

И — индустриальное;

М — моторное;

К — кислотной очистки;

С — селективной очистки;

З — загущенное, т.е. содержащее вязкостную присадку;

п — с присадками.

Цифра показывает среднюю кинематическую вязкость данного сорта масла при температуре 100 или 50С.

Пластичные (консистентные) смазки сочетают в себе свойства твердого тела и жидкости. В состоянии покоя смазочный материал пластичен, а при движении течет подобно вязкой жидкости. Такое свойство обеспечивается двухкомпонентным составом смазочного материала. Он состоит из жидкого масла и твердого загустителя, частицы которого, сцепляясь между собой, образуют пространственный трехмерный каркас, придающий смазочному материалу свойства твердого тела, при этом его поры (ячейки) заполнены жидким маслом. При сдвиге в узле трения частицы загустителя не препятствуют вязкому течению смазочного материала, но сразу же после прекращения движения он вновь обретает свойства твердого тела.

Преимущества использования пластичных смазочных материалов:

• консистентные смазочные материалы удерживаются на открытых и движущихся поверхностях, вплоть до вертикальных;

• они заполняют зазоры между трущимися поверхностями;

• препятствуют проникновению в них абразивных частиц из внешней среды;

• пластичные смазочные материалы превосходят жидкие по консервационным свойствам и поэтому их эффектнвно используют для защиты поверхностей деталей от коррозии.

Пластичные смазки особенно эффективны в открытых или негерметизированных узлах трения, в сборочных единицах, где нельзя или нежелательно часто заменять смазочный материал; в различных подвижных сочленениях и уплотнениях (сальниках, резьбах и др.).

Но этим смазкам присущи и недостатки:

• они не обеспечивают отвода тепла;

• не обеспечивают смывания продуктов износа с поверхностн трения.

В качестве загустителей используют мыла высокожирных естественных и искусственных кислот и твердые углеводороды, поэтому пластичные смазочные материалы в зависимости от вида загустителя могут быть кальциевыми (солидолы) УС-2, УСс-2 и т.д., натриевыми (консталины) УТМ, УТ-2 и др., литиевыми Циатим 201, Циатим 202 и др, алюминиевыми, натриево-кальциевые УТВ, НК-30 и др., кремнистые Циатим 221 и т. п.

По назначению различают следующие пластичные смазочные материалы:

1. Антифрикционные: литиевые (литол-24, фиол-2М, № 158, ЦИАТИМ-201 и др.); кальциевые и комплексные кальциевые (солидол С, пресс-солидол С, УС-1,УС-2, УСсА, ЦИАТИМ-221, УНИОЛ-1, ВНИИНП-207идр.); натриевые (ЛЗ-ЦНИИ, ВНИИ НП-223).

2. Консервационные: ГОИ-54п.

3. Канатные: смазка БОЗ, торсиол -35, торсиол-55

4. Уплотнительные: ЛЗ-162, ЛЗ-ГАЗ-41, ВНИИ НП-294.

5. Резьбовые: ВНИИ НП-232, ВНИИ НП-225, лимол, Р-113.

Антифрикционные смазки используют в подшипниках качения и скольжения, шарнирных соединениях, тихоходных зубчатых и червячных передачах, для смазывания канатов и блоков и многих других узлов трения;

консервационные — для защиты от коррозии стыковых, посадочных и других неокрашенных поверхностей деталей и сборочных единиц машин;

канатные — для преотвращения коррозии, уменьшения треиия н износа стальных канатов;

уплотнительные — в сальникъах насосов, резьбовых соединениях трубопроводов и др.;

резьбовые — в резьбовых соединениях и винтовых парах.

Существует также деление смазок по областям их преимущественного применения:

• многоцелевые (температура от 40 до 130° С);

• высокотемпературные (температура свыше 150° С);

• низкотемпературные (механизмы, где недопустимо повышение сопротивления движению при низкой температуре);

• стойкие в агрессивной среде (работа в контакте с сильными окислителями — азотной и серной кислотой, перекисью водорода и др.);

• индустриальные (узлы трения механизмов);

• железнодорожные (буксы с подшипниками качения);

• автомобильные (ступицы, подвески, рулевое управление и т. д.).

Консистентные смазки подразделяются на две основные группы:

специальные (А – автотракторные, С – самолетные, Ж – железнодорожные, М - морские);

универсальные, подразделяющиеся в зависимости от температуры капле падения на низкоплавкие (УН), среднеплавкие и тугоплавкие (УТ), а также в зависимости от специальных свойств водостойкие (В), морозостойкие (М), защитные (З), не растворяющие резину (Р), кислотоупорные (К) и др.

Например, смазка марки УНВМ расшифровывается как универсальная, низкоплавкая, водо- и морозостойкая.

Примеси, содержащиеся в первичных продуктах прямой перегонки мазутов — сырых маслах (асфальтосмолистые вещества, непредельные углеводороды, нефтяные кислоты и т. д.), зачастую вредно влияют на работу механизмов. При большой потребносъти в смазочных материалах иногда мирятся с этими недостатками сырых масел и используют их в качестве смазочных жидкостей. Но чаще для смазки машин используют очищенные масла. Очистку сырых масел проводят различными способами и получают :

• масла сернокислотной очистки, получаемые в результате добавления в масла Н₂SO₄ (серной кислотой), которая входит во взаимодействие с примесями и образует отстаивающиеся соединения. Остатки Н₂SO₄ нейтрализуются щелочами;

• выщелоченные масла, для получения которых масляные дистилляты из высококачественной нефти проходят обработку щелочами, например NaОН-щелочами;

• контактные, получаемые в результате воздействия на масла специальных веществ (адсорбентов) - земель, представляющих собой пористые материалы, в порах которых происходит адсорбция имеющихся в масле примесей;

• селективные, получаемые путем обработки масла специальными растворителями, например фурфуролом, фенолом, нитробензолом, пропаном, обеспечивающими растворение нежелательных примесей;

• гидрогенизированные, получаемые путем обработки масла водородом под повышенным давлением, что позволяет достичь высокой степени очистки от серы.

Наиболее эффективна селективная очистка, при которой применяют растворители, действующие избирательно (селективно) на примеси, подлежащие удалению. В результате очистки масла приобретают нужные свойства, например стабильность против окислительного действия кислорода воздуха. Однако применение самых совершенных способов очистки не позволяет получить масла, полностью отвечающие разнообразным требованиям эксплуатации. Поэтому для получения тех или иных свойств к маслам добавляют различные химические вещества — присадки, улучшающие одно или несколько их свойств.

Выбирая определенный сорт масла, следует учесть индивидуальные особенности рассматриваемой машины. В зависисмости от условий и характера работы машины для их смазки употребляют масла различной вязкости, температуры вспышки и степени очистки. Для машин с большими давлениями и небольшой скоростью следует применять более вязкие масла, и наоборот, чем меньше давление и больше скорость, тем менее вязкими должны быть масла.

Для улучшения свойств масел необходимо проведение их деасфальтизации и депарафинизации, являющихся сложными и дорогими процессами.

Сроки замены масел. Первая замена масел проводится после пусконаладочных работ и проведения эксплуатационных испытаний (12-15 суток работы), последующие замена масел определяются режимом работы машины и системой смазки. При этом считается допустим: вязкости на 25-30%; кислотности при циркуляционной смазке до 3,5мг, КОН на 1 г масла и прикартерной смазке до 7мг на 1г масла; количество твердых частиц не более 0,2% и содержания воды не более 2,5%. При отсутствии фильтров в системе смазки масла фильтруют через 1000-1500 часов работы. При картерной смазке без циркуляции замену масла производят через 1000-1200 часов работы. 6.3. Свойства смазочных материалов

Жидкие смазочные материалы.

Вязкость - характеристика внутреннего трения жидкого смазочного материала, возникающего между его молекулами и слоями при их относительном перемещении под действием внешней силы. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическую вязкость η измеряют силой внутреннего трения (Н) на единицу площади (м²) одной из двух горизонтальных плоскостей, расположенных на расстоянии друг от друга, равном единице (1 м), при условии, что одна из этих плоскостей неподвижна, другая движется со скоростью, равной единице (1 м/с), а пространство между ними заполнено исследуемым маслом. Единица динамической вязкости - паскаль-секунда (Па*с).

Кинематическая вязкость ν - отношение динамической вязкости η к плотности ρ. Единица кинематической вязкости – квадратный метр на секунду (м²/с). В стандартах вязкость приводится при температуре 50° С (иногда - 100° С).

ν₅₀ - вязкость определяют при 50⁰С

ν₁₀₀ - вязкость определяют при 100⁰С

Условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 мл масла через отверстие вискозиметра типа ВУ при температуре испытания ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20° С. Число условных градусов обозначает ВУт, причем индекс "т" означает температуру испытания. Условную вязкость вычисляют по формуле:

ВУ₅₀=Т₅₀/Н₂0, Т₂₀ илиВУ₁₀₀=Т₁₀₀/Н₂0, Т₂₀.

В динамическую вязкость условную пересчитывают так:

η = ρ(0,000716ВУ_т - 0,000618)/ВУ_Т.

Для средних значений ρ = 0,92 кг/л

η= (0,00066ВУ_Т -0,00057)/ВУ_Т .

Формула для перевода условной вязкости в кинематическую:

ν = (0,0731ВУ_Т - 0,631)/ВУ_Т.

Для быстрого пересчета условной вязкости в кинематическую и динамическую пользуются следующими приближенными формулами:

ν≈0,0072ВУ_т,

η≈0,0065ВУ_Т.

Эксплуатационное значение вязкости масла исключительно велико. Чем больше вязкость масла, тем меньше его текучесть. От вязкости зависит коэффициент трения, и следовательно, надежность и экономичность работы машин, агрегатов и узлов трения. Для каждой машины, агрегата или узла трения необходимо подбирать смазочное масло определенной вязкости. Использование масла низкой вязкости приводит к повышению трения, нагреву и усиленному изнашиванию деталей. Использование масел чрезмерно высокой вязкости ведет к потерям мощности и, в конечном итоге, к снижению КПД машины.

Вязкость смазочного масла изменяется в зависимости от температуры: при нагревании вязкость масла уменьшается, а при охлаждении - увеличивается.ъ

Зависимость вязкости от температуры принято характеризовать отношением кинематической вязкости при Т = 50° С к кинематической вязкости при Т = 100° С. Чем меньше это отношение (ближе к 1), тем выше вязкостно-температурные свойства масла (лучше масло).

Вязкость масла зависит также от давления:

η_р =η₀а^р

где η_р - вязкость масла при давлении Р; η₀- вязкость масла при атмосферном давлении; а - константа (для минеральных масел а = 1,002... 1,004).

Вязкость масла повышается с увеличением давления (это достоинство).

Температура вспышки масла — это та наименьшая температура, при которой пары масла с окружающим воздухом образуют смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени (и горят не более 0,5-1 с). Температура вспышки характеризует огнеопасность масла и повышается, как правило, с увеличением вязкости. Температурой вспышки определяется содержание легкокипящих или легкоиспаряющихся частей, а также пригодность масла для работы в соприкосновении с сильно нагретыми поверхностями.

Температура воспламенения масла - температура, при которой нагреваемое масло при поднесении к нему пламени не только вспыхивает, а и горит не менее 5 с.

Температура застывания масла - температура, при которой масло теряет свою подвижность и остается неподвижным в пробирке не менее 1 мин. По мере охлаждения масло не замерзает, как вода, а постепенно застывает, причем вязкость его увеличивается. Температура застывания определяет пригодность масла для использования его в определенных температурных условиях. Масло Цилиндровое 17 застывает при температуре +11⁰С.

Липкость и ъмаслянистость масла означают его способность в большей или меньшей степени прилипать к смазываемым поверхностям механизмов и смачивать их. Эта способность масла препятствовать выдавливанию масла из зазора между трущимися поверхностями. Масла, содержащие смолы, отличаются большей липкостью, чем хорошо очищенные продукты. Растительные масла и животные жиры обладают этой способностью в большей мере, чем нефтяные. Среди растительных масел наибольшей маслянистостью отличается касторовое, из минеральных - цилиндровые масла.

Кислотность и щелочность указывают на степень промывки масла при его очистке. Наличие свободной кислоты или щелочи может вызвать коррозию металла. Кроме того, щелочь способствует образованию густого клейкого осадка, нарушающего правильность действия смазочной системы. Кислотность масел выражают так называемым кислотным числом, которое представляет собой число миллиграммов едкого калия (КОН), потребного для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла.

Зольностью масла называют количество оставшейся золы, в процентах от первоначального количества масла. Содержание золы в масле характеризует качество его очистки и степень загрязнения минеральными примесями. Определяют содержание золы медленным выпариванием 50 г масла в тигле и прокаливанием остатка до полного сгорания углерода. У хороших масел – это в сотых долях, а очень хороших – в тысячных.

Содержание смол в масле нежелательно, так как они легко выделяют клейкие осадки, которые, отлагаясь на местах прохождения масла, могут забить фильтры, уменьшить диаметры маслопроводов и в результате уменьшить подачу масла на трущиеся поверхности.

Наличие влаги в масле не допускается. Если масло влажное, то его нагревают до 1000⁰С и вода выпаривается. Отсутствие воды в масле обязательно, так как обводненность масла часто становится причиной образования вредных эмульсий, уменьшения вязкости и липкости масла, а также способствует окислению. Воду в масле можно обнаружить по его мутному виду или по водяным каплям, осевшим на дно либо повисшим на стенках сосуда.

Пластичные (консистентные) смазочные материалы.

Пенетрация - показатель густоты (консистентности). Смазку помещают в специальный прибор, называемый пенетрометром, при помощи которого по глубине погружения под действием собственного веса в смазочный материал металлического конуса стандартных размеров и формы при определенной температуре в течение 5 с определяют число пенетрации. Глубина погружения конуса в смазку за 5 с., выраженная в долях, и есть число пенетрации. Чем мягче смазочный материал, тем глубже погружается конус и тем больше число его пенетрации.

Температурой каплепадения называют такую температуру, при которой из небольшого къоличества нагреваемого смазочного материала отделяется и падает первая капля. По температуре каплепадения определяют предел работоспособности смазочного материала. Масло можно применять при температуре нагрева машины на 20 °С ниже температуры каплепадения. Не допускается, чтобы смазка в машине расплавилась (вытекла).

Предел прочности характеризует способность смазочных материалов сопротивляться сбросу с движущихся деталей, вытекать и выдавливаться из негерметизированных узлов трения, сползать с вертикальных и наклонных поверхностей.

Термоупрочнение показывает увеличение предела прочности смазочного материала после нагрева его ниже температуры плавления.

Механическая стабильность определяет способность смазочного материала сохранять свойства после интенсивного его деформирования и последующего отдыха.

Коллоидная ъстабильность характеризует склонность смазочного материала к расслоению при хранении.

Химическая стабильность определяет склонность смазочного материала к окислению при эксплуатации.

Коррозионность характеризует свойство смазочного материала вызывать коррозию.

Вода, механические, кислотные и щелочные примеси являются вредными и их допустимое количество нормируют.

Твердые смазочные материалы требуют определения многих химических и физических характеристик. Так, у порошкообразных смазочных материалов исследуются присутствие, характер и концентрация загрязнений, размер частиц, плотность, температура плавления, термическая стабильность, антикоррозионные и антиокислительные свойства.

Рабочие жидкости

Требования к рабочей жидкости:

• негорючесть и взрывобезопасность;

• нетоксичность;

• антикоррозийность;

• невысокая вязкость;

• агрегатная устойчивость;

• инертность к резиновым и полимерным материалам, применяющимся в машинах;

• невысокая стоимость.

Раньше в качестве рабочей жидкости в различных гидравлических системах, тормозах и т.д. применяли минеральные масла ИС 12, ИС20, а также их смешивали с автотракторными маслами. Но они имели ряд недостатков: дорогие, пожароопасные, с высокой вязкостью.

Сейчас применяют водомасляные эмульсии, т. е. коллоидный раствор масла и воды. Эмульсии обладают следующими преимуществами:

• абсолютная негорючесть и взрывобезопасность,

• меньшая вязкость и большая стабильность,

• меньшее воздействие на уплотнения,

• низкая стоимость.

Для приготовления эмульсий используются присадки. Ранее использовались присадки ВНИИ НП-117, затем Аквол-3.

В настоящее время применяются рабочие жидкости на основе эмульсола ФМИ-РЖ.

Для снятия напряжения на границе воды и минерального масла применяют эмульгаторы. Эмульгаторы есть в кишечнике и в желудке как у животных, так и у человека, для расщепления жиров. В качестве эмульгатора применяют олеиновую кислоту.

Порядок приемки эмулъсола ФМИ-РЖ. В соответствии с ГОСТ эмульсол ФМИ-РЖ транспортируется в железнодорожных цистернах или металлических бочках по согласованию с заказчиком. От каждой партии эмульсола, поступившей на базу УМТС, должна быть отобрана проба для входного контроля. Порядок отбора проб определяется по ГОСТ 2517 - 85. Отбор проб должен производиться из цистерны или бочки перед сливом, а не из емкости хранения. В целях исключения смешивания ФМИ-РЖ с другими нефтепродуктами сливное оборудование должно использоваться только для слива этого эмульсола. Для слива ФМИ-РЖ в зимнее время целесообразно оборудовать обогреваемый тамбур.

Для приготовления эмульсии применяют воду и присадки. Вода должна быть невысокой жесткости. Используют угольные фильтры для смягчения воды. Для приготовления рабочей жидкости с эмульсолом ФМИ-РЖ используется питьевая вода по ГОСТ 2874 -82. В смягченную воду, прогретую до 40⁰С льют присадку, механически перемешивают и получают эмульсию. Эмульсия имеет цвет молока.

Рабочая жидкость с ФМИ-РЖ должна иметь концентрацию 2,5...3,0 % .