книги из ГПНТБ / Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие

где Me — металл.

Достоверность такого представления о механизме коррозии ме­ таллов подтверждается многочисленными исследованиями.

Действие высокомолекулярных органических кислот на железо (сталь и чугун) обычно проявляется только тогда, когда в резуль­ тате действия воды и кислорода на его поверхности образуется слой гидрозакиси.

В таблице 34 приводятся данные, показывающие влияние воды на коррозионную активность органических кислот.

Т а б л и ц а 34

Влияние влаги на коррозию металлов под действием органических кислот

Анализ данных таблицы показывает, что при наличии воды процесс коррозии металлов и сплавов протекает значительно силь­ нее, чем без воды. Усиление коррозионности органических кислот в присутствии воды обусловливается возрастанием степени их дис­ социации.

Коррозия металлов высокомолекулярными органическими кис­ лотами в присутствии воды может происходить только при сравни­ тельно низких температурах, при которых вода находится в жид­ ком состоянии.

При высоких температурах коррозия металлов высокомолеку­ лярными органическими кислотами происходит только в присутст­ вии перекисей, образующихся при окислении масла.

Процесс коррозии металлов в этом случае протекает по сле­

где Me— металл; R 02 — перекись; RO — кетон.

Из сернистых соединений в маслах могут присутствовать в не­ больших количествах элементарная сера и активные серусодержащие соединения. Наличие этих веществ в масле зависит от приро­ ды сырья, из которого оно получено, а также способа и глубины очистки.

270

При сравнительно невысоких температурах сернистые соедине­ ния, взаимодействуя с металлами, образуют комплексы, которые в виде пленок удерживаются на поверхности металлов. При этом они в какой-то степени защищают металл от дальнейшей коррозии.

При высоких температурах комплексы распадаются с образова­ нием сульфидов металлов (например, CuS, РЬБг и др.). Сульфиды являются хрупкими веществами и при механическом воздействии легко удаляются с поверхности, открывая доступ коррозионоагрессивным веществам к металлу.

Минеральные кислоты в свежих маслах должны отсутствсвать. Они попадают в масло в результате прорыва в картер двигателя продуктов сгорания сернистых топлив и конденсации влаги. Обра­ зующиеся сернистая и серная кислоты вызывают коррозию цвет­ ных и черных металлов.

Коррозионность масла зависит от целого ряда факторов: хими­ ческого состава, температуры, продолжительности контакта с ме­ таллами и наличия антикоррозионных присадок.

Химический состав влияет на стабильность масел против окис­ ления. Масла цикланового и алканового оснований, при окислении которых преимущественно образуются кислые продукты, обладают большей коррозионной активностью. Масла ароматического осно­ вания, при окислении которых образуются в основном продукты уплотнения, имеют меньшую коррозионность.

Масла из сернистых нефтей при сравнительно невысоких тем­ пературах (до 140°С), как правило, менее коррозионны по сравне­ нию с маслами из других нефтей. Природные сернистые соедине­ ния при этих условиях обладают способностью образовывать на поверхности металлов защитную пленку. Коррозионные свойства смазочных масел различного происхождения характеризуются дан­ ными таблицы 35.

271

При повышении температуры коррозионность всех смазочных масел возрастает. Это обусловливается тем, что при повышенных температурах быстрее протекают реакции окисления углеводоро­ дов масла и взаимодействие кислых продуктов окисления с ме­ таллами.

Необходимо отметить, что кинетическая кривая зависимости коррозионности масел от температуры (рис. 79) имеет максимум, который лежит в пределах 160—180° С.

Уменьшение коррозионности масел при дальнейшем повыше­ нии температуры, по мнению некоторых исследователей, объясня­

272

ется следующим. Часть органических кислот улетучивается при этих температурах и одновременно часть кислых веществ претер­ певает дальнейшие изменения и превращается в нейтральные, ко­ торые не обладают коррозионной активностью.

Увеличение продолжительности контакта масла с металлами и сплавами при высоких температурах приводит к росту коррози­ онных потерь (рис. 80). Анализ экспериментальных данных показывает, что при этом возрастает не только абсолютная вели­ чина коррозии металла, но и скорость коррозионного процесса.

Интересно отметить, что кинетическая кривая изменения кор­ розионности масел в зависимости от продолжительности испыта­ ния имеет примерно тот же вид, что и кривая течения процесса окисления масел во времени.

О коррозионности масел судят по кислотному числу, содержа­ нию водорастворимых кислот, щелочей и воды, а также по потен­ циальной коррозионности. Наиболее достоверно коррозионность определяется на специальном приборе и характеризуется измене­ нием массы свинцовой пластинки, контактирующей с маслом и воз­ духом при 140° С в течение 10 часов.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с коррозией деталей двигателей внутреннего сгорания, получивших широкое применение, является использование присадок.

Б качестве антикоррозионных присадок применяют органиче­ ские сульфиды и дисульфиды, тиоэфиры, эфиры фосфорной и тиофосфорной кислот, осерненные продукты (масла, жиры) и дру­ гие вещества.

Антикоррозионные присадки к маслам обычно применяют в ви­ де компонентов многофункциональных присадок или индивиду­ альных веществ, имеющих отдельные функциональные группы.

Механизм защитного действия антикоррозионных присадок из­ ложен выше. Типы и марки многофункциональных присадок рас­ смотрены в главе 17.

18 З&каз ■№ 194.

Г л а в а 17. М О ТО РН Ы Е М АСЛА

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ

Назначение и классификация масел. Высокая боевая готовность, машин, механизмов, вооружения и другой военной техники, надеж­ ность ее эксплуатации, а также срок службы в большой степени зависят от качества применяемых смазочных масел.

В настоящее время узлы трения двигателей и других машин и механизмов в основном смазываются минеральными маслами. Масла животного происхождения и растительные применяются редко и то в основном для получения некоторых смазок или в ка­ честве добавки к минеральным маслам.

Для узлов трения, работающих в особо жестких условиях, т. е. при высоких (200° С и выше) и низких (ниже минус 50° С) темпе­ ратурах, больших нагрузках и высоких скоростях относительного перемещения трущихся деталей, а также при контакте с агрессив­ ной средой лучший эффект дают синтетические масла.

К моторным относят самую большую группу смазочных масел, применяемых при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания различных типов и назначения.

Современные двигатели внутреннего сгорания имеют комбини­ рованную систему смазки (рис. 81), когда часть узлов трения (та­ кие, как подшипники коленчатого вала и распределительного ме­ ханизма) смазываются под давлением, а остальные узлы (пор­ шень, цилиндр, шестерни, поршневой палец, клапанный меха­ низм)— разбрызгиванием масла.

Для удовлетворения потребности в моторных маслах выраба­ тываются несколько их сортов и марок, которые учитывают осо­ бенности условий работы отдельных типов двигателей. В силу раз­ личия условий работы последних сложилось деление моторных ма­ сел на автотракторные, дизельные и авиационные.

По новой классификации все моторные масла обозначаются буквой «М», затем указывается величина вязкости масла при 100° С в сст, а в конце — группа, к которой принадлежит масло. Величи­ на вязкости всех моторных масел укладывается в пределы 6—20 сст. Масла разбиты на 6 групп: А, Б, В, Г, Д, Е. Группы Б, В и Г раз­ биты на подгруппы Bi и Б2 , Bi и В2, Fi и Гг. Основа различных групп масел одинаковой вязкости мало отличается по своим свой­ ствам. Масла отдельных групп и подгрупп по качеству различа­ ются. Это достигается введением присадок или их композиций. Например, масло МЮБ1 расшифровывается следующим образом: М — моторное; 10 — величина вязкости при 100° С, сст; Bi — масло подгруппы «Б,».

Качество масел повышается при переходе от группы А к груп­ пам Б, В, Г и т. д. Масла каждой группы (подгруппы) предназ­ начены для определенного типа двигателей:

274

А — для автотракторных карбюраторных двигателей старых моделей;

— Bi — для малофорсированных карбюраторных двигателей;

—Б2 — для малофорсированных быстроходных дизелей;

—Bj — для форсированных карбюраторных двигателей;

—В2 — для форсированных быстроходных дизелей;

Рис. 81. Схема системы смазки карбюраторного двигателя:

1—маслоприемник; 2—масляный насос; 3 —фильтр грубой очистки; 4 —масляный радиатор; .5 —масляный манометр; 6—фильтр тонкой очистки; 7—горловина для залива масла; 8—трубка вентиляции партера; 9- стержень для замера уров­ ня масла.

—П — для высокофорсированных карбюраторных двигателей;

—Г2 — для высокофорсированных быстроходных дизелей;

— Д — для высокофорсированных дизелей, работающих в осо­ бо тяжелых условиях при небольшом расходе масла;

— Е — для судовых дизелей с лубрикаторной смазкой, рабо­ тающих на топливах с повышенным содержанием серы.

При маркировке моторных масел используется старая и новая классификация.

Условия применения масел. Условия применения оказывают ре­ шающее влияние на требования к смазочным маслам и изменение их свойств в процессе работы машин.

Наибольшее значение из факторов, определяющих условия при­ менения масел, имеют: рабочая температура деталей, нагрузки на. трущиеся поверхности, относительная скорость их перемещения, материал трущихся деталей.

Важное значение имеют также конструкция системы смазки, интенсивность циркуляции масла в системе смазки, климатические условия и характер окружающей среды (влажность, запылен­ ность, загазованность и т. д.).

Наиболее жесткие условия работы смазочных масел создаются в двигателях внутреннего сгорания.

Рабочая температура деталей двигателя является самым важ­ ным из условий применения масла. Форсирование двигателей внут­ реннего сгорания приводит к повышению температурного режима и, как следствие, к ожесточению условий работы масел.

Температура деталей цилиндро-поршневой группы достигает 250—-400° С. При этих температурах углеводороды и другие веще­ ства, содержащиеся в масле, претерпевают глубокие химические изменения. В масле быстро накапливаются продукты окисления, а на деталях двигателя образуются углеродистые отложения. Тем­

удельные давления на трущиеся поверхности возрастают. Так, удельные давления на вкладыш коренного подшипника коленчато­ го вала автомобильных карбюраторных двигателей составляют 60—ПО кг/см2, а в автомобильных дизелях достигают 140 кг/см2 и выше. Еще более высокие удельные нагрузки (до 200—250 кг/см2) создаются в подшипниках мощных форсированных дизелей.

От величины удельного давления зависят толщина смазочного слоя между трущимися поверхностями при жидкостной смазке, а также возможность возникновения задира и заедания металличеческих деталей при граничном трении.

Машины новых конструкций имеют высокие скорости переме­ щения трущихся деталей. Скорость относительного перемещения трущихся деталей для двигателей характеризуется числом оборо­ тов. Число оборотов в минуту современных автомобильных двига­ телей лежит в пределах 3200—4800, а мощных форсированных ди­ зелей — в пределах 2000—2500.

Увеличение числа оборотов способствует созданию жидкостно­ го режима трения. Однако при возрастании числа оборотов валов двигателей и других машин даже в условиях жидкостного трения увеличиваются потери на трение и повышается температура масла.

В процессе пребывания в системе смазки двигателя масло кон­ тактирует с самыми различными металлами и сплавами: железом, медью, свинцом, алюминием и др. Некоторые из этих металлов, например медь, свинец и другие, а также их окислы и мыла, уско­

.276

ряют процесс окисленяи масла. Другие же, например свинец, свин­ цовистая бронза, подвергаются коррозии.

От конструкции системы смазки зависят количество масла и циркуляция его в системе, отвод тепла, степень окисления масла и его очистка.

Внешняя среда является источником пыли, влаги, коррозион­ ных паров и газов, попадающих в масло. Температура окружаю­ щего воздуха оказывает влияние на температуру масла в системе смазки. Пониженное давление воздуха на больших высотах спо­ собствует увеличению испарения масла и вследствие этого повы­ шению его вязкости и температуры застывания.

Требования к качеству смазочных масел определяются условия­ ми их применения, хранения и транспортирования.

Смазочные масла, применяемые в различных двигателях, дол­ жны обеспечивать легкий пуск, надежную и безотказную работу при любых условиях эксплуатации, не создавать других затруд­ нений в процессе эксплуатации техники, а также при транспорти­ ровке и хранении масел.

Исходя из этого, моторные масла должны удовлетворять сле­ дующим основным требованиям:

—иметь соответствующий условиям работы двигателя (агре­ гата) уровень вязкости и хорошие вязкостно-температурные свой­ ства;

—обладать хорошими противоизносными свойствами;

—иметь сравнительно низкую температуру застывания;

—обладать высокой химической стабильностью;

—не вызывать коррозии смазываемых деталей и защищать их от внешних коррозионных агентов;

—иметь небольшую испаряемость в эксплуатационных усло­

виях;

—не содержать механических примесей и воды.

Автотракторные масла. Для автомобильных двигателей харак­ терна эксплуатация на режимах с частыми пусками при температуре окружающего воздуха. При этих режимах температура деталей и масла сильно не повышается. Создаются условия для конденса­ ции паров воды и продуктов неполного сгорания топлива. В резуль­ тате возрастает коррозионность масла и скорость образования низ­ котемпературных осадков.

Однако следует иметь в виду, что современные карбюраторные двигатели многих армейских машин работают при высоких нагруз­ ках и напряженном тепловом режиме.

Автотракторные масла применяют для карбюраторных двигате­ лей на автомобилях, тракторах, дорожно-эксплуатационных и дру­ гих машинах.

Масла, предназначенные для автотракторных карбюраторных двигателей, по старой классификации имеют маркировку: А — авто­ мобильное, автотракторное; С— селективной очистки; К — кислотно­ контактной очистки; 3 — загущенное; п — содержит многофункцио­

277

нальную присадку; 6, 10, 15 — величина вязкости при 100еС, сст. Автотракторные масла вырабатывают двух групп: из малосер­ нистых нефтей марок АСп-6 (М6Б), АКЗп-6 (М6Б), АСп-10 (М10Б), АКп-10 (М10Б), АКЗп-10 (М10Б) и АК-15. К маслам до­ бавляют многофункциональные присадки АзНИИ-8у — 5% или СБ-3 или СК-3 по 10%, улучшающие моющие и антикоррозионные свойства масел. Из сернистых нефтей вырабатывают автомобиль­ ные масла селективной фенольной очистки марок АС-6 (М6Б), АС-8 (М8Б), АС-10 (М10Б). К маслу АС-6 добавляют 3,5% при­ садки ВНИИ НП-360 и 1% АзНИИ-ЦИАТИМ-1; к АС-10 — 3,5% ВНИИ НП-360. К маслу АС-8 присадки могут добавляться в трех вариантах: 3,5% ВНИИ НП-360 и 1% АзНИИ-ЦИАТИМ-1; 3,5%

ДФ-1; 3,5% СБ-3; 2% ДФ-11 и 1% АзНИИ-ЦИАТИМ-1.

Кроме того, вырабатывается масло АСЗп-10, к которому добав­ ляют присадки СБ-3 — 3% и ДФ-11— 2%.

Применение автотракторных масел определяется типом двига­ теля и климатическими условиями.

Масла АСп-6 и АС-6 используют для большинства автомобиль­ ных карбюраторных двигателей в зимний период эксплуатации, а масло АКЗп-6 — в районах с особо низкими температурами воз­ духа зимой. 4

Масла АСп-10, АС-10, АКп-10 применяют для тех же двигате­ лей в летний период эксплуатации, а масло АКЗп-10 — в качестве всесезонного во всех районах страны, за исключением северных.

Масла АС-8 и АСЗп-10 используются в течение круглого года для V-образных двигателей новых автомобилей и других машин.

Дизельные масла. Для большей части дизельных двигателей ха­ рактерны повышенные нагрузки на узлы трения, высокие рабочие температуры деталей и возможность работы на топливе с высоким содержанием серы. В особо жестких условиях работают мощные форсированные дизели. Дизельные масла применяют для смазки быстроходных двигателей с воспламенением от сжатия. Масла от­ личаются высоким качеством, которое достигается введением эф­ фективных присадок и их композиций. Дизельные масла имеют высокую антиокислительную стабильность, хорошие моющие и ан­ тикоррозионные свойства.

Масла, применяемые для дизелей, маркируются следующим образом: Д — масло дизельное; МТ — масло танковое; С — селек­

масляных малосернистых нефтей путем кислотно-контактной или селективной очистки. К маслам добавляют 3% присадки ЦИАТИМ-339 или АзНИИ-7.

Основу масел ДС-8 (М8Б), ДС-8 (М8В) и ДС-11 (М10Б), М12В, М8Г и других, вырабатываемых из восточных сернистых нефтей путем селективной очистки, получают смешением ди­ стиллятных и остаточных компонентов. К основе добавляют в раз­

278

личных композициях и количествах присадки ЦИАТИ'Ч-339, БНИИ НП-360, МНИ ИП-22к, АзНИИ-ЦИАТИМ-1, АФБ и др.

МТ-16п является остаточным маслом селективной очистки. Оно получается как из малосернистых, так и из сернистых нефтей. К нему добавляют те же присадки, что и к другим дизельным маслам.

МТ-14п является загущенным маслом и получается путем за­ гущения узкой соляро-веретенной фракции полиизобутиленом.

Вмасло вводится присадка АзНИИ-ЦИАТИМ-1.

Дизельные масла с вязкостью 8 сст при 100° С применяют для

быстроходных автотракторных дизелей в зимний период эксплуа­ тации. Масла со средней величиной вязкости 11 сст используют для тех же двигателей в летний период эксплуатации. Дп-14 при­ меняют для некоторых судовых и тепловозных дизелей как все­ союзное и для тракторных — летом.

МТ-16п применяют как всесоюзное для мощных форсированных быстроходных V-образных дизелей типа В-2, В-12 и других. МТ-14п используют для тех же двигателей в зимний период экс­ плуатации в районах с очень низкими температурами воздуха.

Для быстроходных корабельных и судовых дизелей применяют масла М14Б, М20Б, М14Г, М20Г и другие, для авиационных порш­ невых двигателей — высоковязкие остаточные масла МК-22 и МС-20, вырабатываемые из малосернистых нефтей и МС-20С —■ из сернистых нефтей.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ

Антифрикционные и противоизносные свойства. Антифрикцион­ ные свойства определяют потери мощности на преодоление трения в узлах и, в частности, в подшипниках коленчатого вала. Зависи­ мость крутящего момента от вязкости масла при прокручивании коленчатого вала двигателя выражается формулой

М„.р к ,

где к — коэффициент, учитывающий размеры подшипника.

Из этого выражения следует: чем меньше вязкость, тем легче пуск двигателя в работу, что особенно важно при низких темпера­ турах. Поэтому в зимний период применяют масла с меньшей вяз­ костью. Вязкость зимних масел для автотракторных и дизельных двигателей обычно на 3—4 сантистокса меньше вязкости летних сортов при 100° С, а при отрицательных температурах эта разница будет значительно больше (например, для АС-6 и АС-10 при 0°С она составит около 1000 сст).

Вязкостно-температурные свойства моторных масел обычно улучшают удалением из них низкоиндексных углеводородов, ис­ пользованием вязкостных присадок для получения масла или для авиационных масел разжижением бензином перед пуском дви­ гателя.

279