Классификация смазочных материалов

Работоспособность и долговечность машин в значительной степени определяются правильным выбором смазочных материалов и режимов смазки. Это способствует повышению их производительности и снижению эксплуатационных расходов.

В машинах смазочные материалы снижают потери мощности на трение, уменьшают изнашивание деталей, стабилизируют температуру деталей при отдаче от них тепла, предохраняют детали от коррозии, уплотняют зазоры, очищают поверхности деталей от загрязняющих отложений, амортизируют ударные нагрузки в сочленениях, удаляют продукты износа в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости от происхождения смазочные материалы разделяют на следующие группы: минеральные, получаемые из нефти, угля и других минералов; растительные, получаемые из растений (хлопка, подсолнечника и др.); животные, получаемые из жира животных (свиное сало, тюлений, китовый и рыбий жиры и др.); синтетические, получаемые в результате химического синтеза.

Смазочные материалы минерального происхождения получили наибольшее распространение вследствие своих сравнительно высоких качеств и невысокой стоимости.

По физическим свойствам смазочные материалы подразделяют на смазочные масла, консистентные смазки и твердые смазочные материалы (графит, тальк). К смазочным маслам относятся смазочные материалы, которые сохраняют текучесть при 10—15 °С, консистентные смазки при этой температуре переходят в мазеподобное состояние.

Смазочные масла

Минеральные масла получают вакуумной перегонкой и химической обработкой мазута, оставшегося после первичной переработки нефти. При этом выделяются следующие масляные дистиллаты: легкие, средние и тяжелые индустриальные масла; цилиндровые масла; масляный гудрон.

Для удаления вредных примесей масляные дистиллаты очищают следующими способами:

• добавлением в масло H₂SO₄, которая вступает во взаимодействие с примесями и образует отстаивающиеся соединения;

• обработкой масла щелочами (например, NaOH);

• воздействием на масла специальных веществ (адсорбентов) — земель, в порах которых происходит адсорбция содержащихся в масле примесей;

• обработкой масла специальными растворителями (фенолом, фурфуролом, нитробензолом, пропаном), обеспечивающими растворение вредных примесей;

• обработкой масла водородом под повышенным давлением, чем достигается высокая степень его очистки от серы.

Очищенные дистиллаты (рафинаты) подвергают специальной обработке для придания маслам необходимых физических и химических свойств. Введением в масла присадок (добавок) улучшают их эксплуатационные свойства.

Основными физико-химическими свойствами минеральных масел являются плотность, вязкость, температура вспышки, температура застывания, маслянистость, содержание механических примесей и воды, химическая стойкость.

Для минеральных масел плотность находится в пределах 0,87- 0,95 г/см³.

Вязкость характеризует внутреннее трение жидкости и обусловливает образование масляной пленки на поверхности деталей. От вязкости масел зависят потери на преодоление сил трения в сопряжениях, скорости изнашивания деталей, легкость запуска двигателей внутреннего сгорания, степень уплотнения сопряжений типа гильза — поршень и т. д. Вязкость масел определяют капиллярными вискозиметрами — сосудами с калиброванными насадками, в которых замеряют время истечения жидкости. Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную.

Под динамической вязкостью понимают силу сопротивления взаимному перемещению двух параллельных слоев жидкости. За единицу динамической вязкости принимают Па • с.

Кинематическая вязкость — отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при измеряемой температуре. Единицей кинематической вязкости является м²/с Вода при 20 °С имеет вязкость, равную 10 ^-6 м²/с.

Условная вязкость — отношение времени истечения через калиброванное отверстие вискозиметра типа ВУ 200 мл исследуемой при определенной температуре жидкости ко времени истечения того же количества дистиллированной воды при 20 °С.

Кинематическая вязкость приводится в стандартах и входит в обозначение марки масла.

Для определения вязкости масел при различных температурах используют специальные номограммы.

Вязкостно-температурные свойства масел оцениваются индексом вязкости. Чем выше индекс вязкости, тем лучше масло. Масла с индексом 80—90 считаются хорошими, а 100 и более — очень хорошими.

Обычно вязкость масел определяют при температуре 50°С, а если масло очень вязкое — при 100 °С.

Вязкость масел зависит от температуры и давления. С повышением температуры вязкость масел уменьшается и с понижением увеличивается. Масла, вязкость которых изменяется с изменением температуры незначительно, являются наиболее качественными. С повышением давления вязкость масел увеличивается. Например при увеличении давления до 10⁷ Н/м² вязкость масел повышается в 20 раз.

Температура, при которой масло теряет свою подвижность, называется температурой застывания. При этом мениск масла в наклоненной на 45° пробирке не должен менять своей формы в течение 1 мин. Температура застывания масла характеризует его пригодность для использования в различных климатических условиях. Температура застывания минеральных масел находится в пределах - 5 … - 30 °С.

Температура, при которой масло загорается при поднесении к нему открытого пламени и горит не менее 5 с, называется температурой вспышки. Она характеризует содержание в масле легких углеводородов, а также его пригодность для работы в соприкосновении с нагретыми поверхностями. Температура вспышки минеральных масел 200—300 °С.

Маслянистость характеризует смазывающие качества масел, определяемые их способностью обеспечивать граничное трение между сопрягаемыми поверхностями за счет образования адсорбированных молекулярных пленок. Оценивается маслянистость коэффициентом трения и прочностью масляной пленки. Масла растительного и животного происхождения обладают большей маслянистостью, чем нефтяного.

Химическая стойкость масел оценивается несколькими показателями.

Кислотное число характеризует коррозионные свойства масел и представляет собой количество миллиграммов едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации органических кислот в 1 г масла.

Зольность масла показывает содержание в нем минеральных примесей. Она определяется количеством оставшейся воды в процентах после медленного выпаривания 50 г масла в тигле и прокаливании остатка до полного сгорания углерода. Для индустриальных масел зольность допускается в пределах 0,007% и для автотракторных масел 0,025%.

Коксовое число характеризует склонность масла к образованию нагара. Оно равно процентному содержанию кокса в навеске масла.

Термоокислительная способность масла показывает его склонность к образованию лаковых отложений в зоне поршневых колец.

Содержание воды в масле является причиной образования вредных эмульсий, уменьшения вязкости и липкости масла, способствует окислению.

Попадание в масла различных механических примесей в виде абразивных веществ или их образование в процессе работы в результате осадков и нагаров способствует увеличению скорости изнашивания поверхностей.

Положительными качествами масел являются низкий коэффициент внутреннего трения, высокая стабильность и чистота, хорошая работоспособность при значительных скоростях и температурах, способность отводить тепло, а отрицательными качествами — пожароопасность, применение сложных уплотнений, значительный расход из-за утечек.

Высокие требования, предъявляемые к смазочным материалам, удовлетворить обычные масла не могут. Поэтому для придания маслам необходимых свойств в них добавляют специальные присадки, повышающие вязкость, понижающие температуру застывания, предотвращающие отложение нагара и смолистых осадков в двигателях, улучшающие антикоррозийные свойства и т. д.

Для повышения вязкости маловязких масел и сообщения им свойств всесезонных масел (не теряют вязкости при повышении температуры и не застывают при ее понижении) используют присадки винипол ВБ-2, КП-5, КП-10, КП-20, полиизобутилен и полиметакрилат В, добавляемые к маслу в пределах до 5%, и присадки ПМА «В-1», ПМА «В-2», ИХП-234, Атапол.

Снижение температуры застывания масла достигается с помощью добавки депрессаторов в количестве 0,1—2%. Наиболее распространены депрессаторы АзНИИ, АзНИИ-ЦИАТИМ-1, АФК, ПМА «Д».

Антиокислительные присадки (ингибиторы) повышают сопротивляемость масла к окислению. Они вступают во взаимодействие с металлами и образуют на поверхности тонкие защитные пленки. Это присадки типа БК-69, КП, АзНИИ-12 и АН-22к (добавляемые в количестве 0,1-0,3%); ДФ-11, ДФБ, ДФ-1 ВНИИНП-354, ИХП-21 (добавляемые в количестве 2—2,6%); МНИИП-22К, КАСП-13, «Борин», ДБК, Агидол-2.

Улучшение смазочных свойств масел производят добавкой присадок, содержащих растительные масла, высокомолекулярные жирные кислоты, синтезированные соединения, что снижает износ деталей и уменьшает затраты энергии на трение (присадки ЭФО, АДТФ, ВИР-1, ОТП, АБЭС, ЛЗ-23К, КИНХ-2, ИХП-14А, БМА-5).

Антикоррозийные присадки за счет образования на поверхности металла прочной изолирующей пленки нейтрализуют в маслах продукты, вызывающие коррозию. К присадкам этого типа относятся НИИ ГСМ-12, добавляемые в количестве 0,5—3,0%.

Моюще-диспергирующие присадки ПМС, С150, С-300, ПМСя, СБ-3, НСК, Циатим-339, ВНИИНП-360, ВНИИНП-370, ВНИИНП-371, БФКу, АСК, MACK, АСБ, С-5А, «Днепрол» уменьшают образование углеродистых отложений и осадков в двигателях и механизмах.

В некоторых случаях используются присадки для повышения нагрузочной способности масел. Эти присадки в местах точечного контакта образуют пленки, которые в результате значительных давлений расплавляются, выравнивая поверхности и создавая большую опорную поверхность. К ним относятся жирные кислоты типа олеиновой, высшие алифатические спирты типа метилового и др.

Смазочные масла вырабатываются по стандартам и выпускаются по различным техническим условиям.

Буквы в маркировке масел обозначают область их применения, способ очистки, а цифры — вязкость. Так, например, масло АКЗп-6 расшифровывается следующим образом: А — автотракторное, К — кислотно-контактной очистки; 3 — загущенное; п— с присадками; 6— кинематическая вязкость при 100 °С, равная 6 10 ^-6 м²/с. Масло ДС-8: Д — дизельное масло, С — селективной очистки, кинематическая вязкость 8 10 ^-6 м²/с

По двойной классификации масла разделены, кроме того, еще на шесть групп по эксплуатационным свойствам: А, Б, В, Г, Д, Е (применительно к международной классификации) и на семь групп по вязкости: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20. По этой классификации масла имеют обозначение АКЗп-6 (М6Б), где в скобках приводится новая маркировка масел. Буква М показывает на то, что масло моторное, цифра — вязкость масла при 100 °С, буква Б определяет группу масла, характеризующую область его применения.

Смазочные масла, используемые для горных машин, подразделяют на следующие основные группы:

1. Моторные, применяемые для смазки деталей и сопряжений в двигателях внутрен-него сгорания:

• автотракторные: М-6Б (АКЗп-6), M-6B₁ (АС-6), М-8А₁ М-8Б₁(АС-8), М-8В₁ М-8Г₁ М-10Б₁, (АКЗп-10, АС-10);

• дизельные: М-8Б₂ (ДС-8), М-10Б₂ (ДС-11), M-6/10В (Дп-11y), М-8В₂, М-10В₂, М-8Г₂, М-10Г₂, М-8Г_2к, М-10Г_2к, М-10Д_м, М-12В_2У;

2. Трансмиссионные, применяемые для смазки тяжелонагруженных передач: транс-миссионное зимнее и летнее, для гипоидных передач, ТАП-10, ТАП-15, ТАП-15В, ТС-8, ТС-10, ТС-14,5, ТЭп-15, ТСп-10, ТСп-14_гип, ТСп-15К, МТ-14П, МТ-16П, ТСз-9_гип, Тад-17И;

3. Цилиндровые, применяемые для смазки деталей в тяжелонагруженных узлах, работающих при высокой температуре и во влажной среде: цилиндровое 11, цилиндровое 24, цилиндровое 38, цилиндровое 52;

4. Индустриальные, применяемые для смазки деталей в различных машинах, работа-ющих в нормальных условиях: И-5А, И-8А, И-12А, И-20А, И-30А, И-40А, И-50А, ИГП-2, ИГП-4, ИГП-6, ИГП-8, ИГП-14, ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38, ИГП-49, ИГП-72, ИГП-91, ИГП-114, ИГП-152, ИГП-182, ИСП-25, ИСП-40, ИСП-65, ИСП-110;

5. Турбинные масла, применяемые для смазки деталей, работающих с большими скоростями и выдерживающих высокие удельные нагрузки: Т₂₂, Т_зо, Т₄₆, Т₅₇, Тп-22с, Тп-30, Тп-46;

6. Компрессорные масла, применяемые для смазки деталей и сопряжений, работаю-щих в условиях высоких давлений и больших температур: 12М, 19М, 19Т, К-12, К-19, КС-19, Кп-8с;

7. Специальные масла (железнодорожные, трансформаторные, приборные): прибор-ное МВП; трансформаторное ТКп, Т-750, Т-1500, ГК; осевое Л, 3 и С.

Консистентные смазки

Консистентные смазки получают в результате механического смешивания маловязких или средневязких минеральных масел (80—90%) с загустителями (10—20%).

В качестве загустителей применяют мыла высокомолекулярных жирных кислот (кальциевые, натриевые, литиевые, бариевые), твердые углеводороды (парафин, церезин, петролатум), твердые органические соединения и продукты обработки неорганических веществ, искусственные жирные кислоты.

Особенностью консистентных смазок является их способность под действием небольших нагрузок обладать определенной пластичностью и сохранять свою форму подобно твердым телам, при значительных нагрузках течь подобно высоковязкой жидкости. Такое сочетание свойств достигается за счет присутствия загустителя, поры пространствен-ной решетки которого заполнены минеральным маслом. Под действием нагрузки решетка разрушается, и масло начинает течь, а при снятии нагрузки решетка вновь восстанавли-вается.

Основными свойствами консистентных смазок являются теплостойкость, прочность, влагостойкость, антикоррозийность, стабильность, содержание механических примесей и антифрикционность.

Теплостойкость смазок характеризуется температурой каплепадения, при которой из смазки, нагреваемой в определенных условиях, выделяется и падает первая капля. Температура каплепадения позволяет устанавливать, при какой температуре смазка расплавляется и начинает вытекать из зазоров между деталями, теряя свою работоспособ-ность. Для нормальной работы узла трения температура каплепадения смазки должна быть выше возможной температуры нагрева детали не менее чем на 15 °С. Смазки с температурой каплепадения менее 65 °С относятся к низкоплавким, с температурой каплепадепия 65—100 °С к среднеплавким и с температурой более 100 °С — к тугоплавким.

Прочность смазки — ее способность сопротивляться действию сил, сбрасывающих или срывающих ее со смазываемой поверхности. С повышением температуры предел прочности смазки уменьшается и при температуре ее плавления равен нулю. Минимальный предел прочности смазки при рабочей температуре должен быть не менее 150—200 Н/м². При чрезмерно большом пределе прочности смазки плохо проникают в зазоры между деталями. Свойства смазок и степень их консистенции оценивают также по пенетрации, т. е. по глубине погружения в смазку металлического конуса массой 150 г стандартных размеров и формы при определенной температуре в течение 5 с. Чем мягче смазка, тем глубже погружается конус и тем больше число ее пенетрации. Для современных смазок величина пенетрации находится в пределах 140—360.

Влагостойкость смазок характеризует их способность противостоять эмульгированию, растворению и смыванию водой. Влагостойкость смазок зависит от типа загустителя. Смазки, приготовленные с углеводородными загустителями, имеют наибольшую влагостойкость, а с натриевыми загустителями — наименьшую.

Растворимость смазок определяют по потере массы покрытой смазкой металлической пластинки, опущенной в кипящую воду.

Коррозийные или защитные свойства консистентных смазок определяются степенью их воздействия на металлические пластинки. Высокие антикоррозийные свойства имеют смазки, не содержащие водорастворимых кислот и щелочей, а также свободных органических кислот.

Стабильность характеризует способность смазок сохранять свои первоначальные свойства при длительном хранении и работе.

Различают механическую, химическую, термическую и коллоидную стабильность.

Механическая стабильность— способность смазки сохранять свою структуру и свойства при механическом воздействии на нее. Определяется механическая стабильность сопоставлением вязкости смазки, замеренной до и после разрушения структуры.

Химическая стабильность — устойчивость смазки против окисления кислородом воздуха при работе и хранении. Смазки с недостаточно высокой химической стабильностью окисляются кислородом воздуха с образованием углеводородных оксидов, вызывающих коррозию металла. Химическая стабильность смазок определяется по повышению их кислотности и изменению внешнего вида металлических пластинок, выдерживаемых в течение 3 ч в смазке при 100 °С.

Термическая стабильность—свойство смазки сохранять свою структуру при длительном нагревании.

Коллоидная стабильность — стойкость смазок против выделения из них жидкого минерального масла при хранении и нагреве. Качественные смазки выделяют при работе небольшое количество жидкого масла, способствующего проникновению смазки в зазоры.

Чрезмерно стабильные (сухие) смазки плохо смазывают детали машин. Смазки с низкой коллоидной стабильностью ухудшают уплотнительные свойства смазок.

Антифрикционные свойства консистентных смазок зависят от качества базового масла, вида загустителя и содержания противоизносных присадок.

Испаряемость масла из смазки определяется по потере массы смазки, помещенной в определенные условия.

Положительными качествами консистентных смазок являются высокая работоспособность при сложных режимах нагружения, хорошее сохранение смазочного слоя, высокие герметизирующие свойства, а отрицательными качествами — возможность их расслоения при длительной работе под воздействием высоких температур; ниже, чем у масел, стабильность при низких температурах, сложность систем для подводки смазки.

Для получения необходимых эксплуатационных свойств консистентные смазки легируют присадками.

Консистентные смазки разделяют на универсальные (маркируются буквой У) и специальные (маркируются буквами, обозначающими область их применения: А — автотракторные, Ж — железнодорожные, С — самолетные, И — индустриальные и т. д.).

Примеры маркировки: смазка УС-1 (универсальная, среднеплавкая, первая), смазка УТс-2 (универсальная, тугоплавкая, синтетическая, вторая), смазка ИК (индустриальная, канатная).

В зависимости от назначения консистентные смазки разделяют на антифрикционные и защитные. Антифрикционные смазки применяют для уменьшения сил трения между поверхностями и их защиты от коррозии, а защитные — только для защиты металлических поверхностей деталей от коррозии при хранении.

Антифрикционные консистентные смазки по сравнению с жидкими маслами имеют ряд преимуществ. Они способны обеспечивать смазку негерметизированных узлов, более прочно удерживаться на поверхности деталей, герметизировать узлы, предотвращая попадание в них пыли, влаги, грязи.

Широкое применение получили консистентные смазки с кальциевым (солидолы) и натриевым (консталины) загустителем.

Солидолы имеют низкую температуру каплепадения, хорошую водостойкость, а консталины плохую водостойкость, но сохраняют пластические свойства при температуре 100—130 °С.

Солидолы представляют собой однородные мази от светло-желтого до темно-коричневого цвета с гладкой или волокнистой текстурой. Их примерный состав: минеральное масло 82—88%, кальциевое мыло 9—18% и вода до 3%.

Для смазки горных машин применяют две марки синтетических солидолов (пресс-солидол С и солидол С), а также три марки жировых солидолов: УС-1, УС-2 и УС-3.

Солидол синтетический— однородная мазь коричневого цвета, водостойкая, общего назначения, для смазывания узлов трения, скольжения и качения машин и механизмов, работающая при температурах от - 20 до +70 °С (в мощных механизмах до - 50°С).

Солидол С предназначен для заправки в узлы трения ручным солидолонагнетателем при температуре от - 20 до +70 °С.

Пресс-солидол С применяют для заправки в узлы трения ручным солидолонагне-тателем при температуре ниже - 20 °С.

Солидол жировой — водостойкая, антифрикционная и консервационная смазка, применяемая для смазывания узлов трения скольжения и качения машин и механизмов, работающая при температурах от - 25 до + 65 °С

Жировой солидол УС-1 используют при температуре от 0 до - 25 °С, УС-2 — при температуре от 0 до +15 °С и УС-3 — при температуре от 0 до +80 °С.

Модификацией солидола является графитная смазка УСсА, имеющая в своем составе до 10% молотого графита. Это коричневая до черноты с зеленым оттенком мазь с температурным диапазоном от - 20 до +65 °С.

Консталин и смазка 1—13 относятся к натриевым смазкам. Они имеют одинаковую зернистую текстуру с изменяющимся цветом от светло-желтого до темно-желтого. Смазки неводостойки, тугоплавки (до 150 °С), по сравнению с солидолами обладают худшими температурными свойствами. Консталин выпускается двух марок УТ-1 и УТ-2.

Униол-1, Униол-2 — влагостойкая, гигроскопическая смазка, обладающая противозадирными свойствами и работающая в диапазоне температур от - 10 до +160 °С. Она предназначена для смазывания узлов трения горно-обогатительного оборудования с системами централизованной подачи смазки.

Циатим-221 — высокотемпературная водостойкая смазка, мягкая, белая или светло-серого цвета, работоспособная при температуре от - 60 до +150 °С. Предназначена для смазывания узлов трения и сопряженных поверхностей металл — металл и металл — резина, работающих в агрессивных средах.

Циатим-201 — пластичная антифрикционная смазка, работоспособная при температурах от - 60 до +90 °С. Она предназначена для узлов трения, работающих с малым усилием сдвига при невысоких нагрузках.

Литол-24 — многоцелевая, водостойкая смазка, имеющая температуры от - 40 до +120 °С. Ее применяют для основных узлов трения машин на колесном и гусеничном ходу.

Лита — консервационная, влагостойкая смазка с температурами от - 50 до +100 °С, используемая для смазывания узлов трения механизмов переносного инструмента с электрическим и механическим приводами.

Зимол — влагостойкая с улучшенными противозадирными свойствами смазка, применяемая для узлов трения наземной техники, эксплуатируемой в районах с холодным климатом.

БНЗ-3 — литиевая смазка, употребляемая для смазывания роликовых опор конвейеров, узлов экскаваторов, буровых станков, бульдозеров и др. В герметических узлах трения она работает без смены в течение 3—5 лет.

Канатная смазка 39у (влагостойкая, используемая для смазки канатов подъемно-транспортных машин, рудничного и бурового оборудования) представляет собой мазь черного цвета, состоящую из нигрола, петролатума, озокерита, а также канифоли и графита. Температура ее плавления 65—75 °С.

К защитным относится смазка ПВК, заменившая технический вазелин УН и смазку СХК. В ее состав входит базовое масло (25—35%), петролатум (60—70%), церезин (3—5%) и антикоррозийная присадка МНИ-7.

Для консервации используют смазки К-17, К-17н, НГ-203А НГ-203Б и НГ-203В.