Учебное пособие Санкт-Петербург 2007 Латутова М. Н., Лукина Л. Г. Смазочные материалы: Учебное пособие. Спб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2007. 56 с
| Вид материала | Учебное пособие |
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2005 удк 662. 61. 9: 621. 892: 663. 63 Ббк г214(я7), 546.15kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2007 удк алексеева С. Ф., Большаков В. И. Информационные, 1372.56kb.
- Д. O. Отта рамн санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербургский, 284.06kb.
- Учебное пособие санкт Петербург 2010 удк 001. 8 Ббк, 1217.72kb.
- Учебное пособие москва 2011 фгб оу впо «московский государственный университет путей, 1445.09kb.
- Регламентирующие методы управления, 75.96kb.
- Учебное пособие г. Йошкар Ола, 2007 Учебное пособие состоит из двух частей: «Книга, 56.21kb.
- Учебное пособие Нижний Новгород 2007 Балонова М. Г. Искусство и его роль в жизни общества:, 627.43kb.
- Учебное пособие Санкт- петербург 2010 удк 778. 5 Нестерова Е. И, Кулаков А. К., Луговой, 708kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 удк 1(075., 3433.28kb.
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«петербургский
государственный университет путей сообщения»
Институт повышения квалификации и переподготовки специалистов
М.Н. ЛАТУТОВА, Л.Г. ЛУКИНА
СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2007
Латутова М.Н., Лукина Л.Г.
Смазочные материалы: Учебное пособие. – СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2007. –56 с.
В пособии рассмотрены основные физико-химические свойства смазочных материалов. Приведена общая характеристика и классификация смазочных материалов. Особое внимание уделено требованиям, предъявляемым к качеству и ассортименту смазочных материалов, используемых на железнодорожном транспорте.
Учебное пособие предназначено для слушателей ИПКП.
Рецензенты: канд. техн. наук Т.П. Пахоменкова; канд. техн. наук, доцент кафедры «Инженерная экология» О.Ю.Макарова.
1 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Смазочными материалами называют вещества, применяемые для уменьшения сил трения и защиты металлических изделий от коррозии. Эти материалы снижают нагрев и износ трущихся деталей.
В зависимости от агрегатного состояния смазочные материалы делятся на три группы:
- Жидкие;
- Пластичные (консистентные);
- Твердые.
1.1 Жидкие смазочные материалы
Жидкие минеральные масла получают при переработке нефти и в процессе химических производств. Наибольшее распространение получили нефтяные масла.
- Физико-химические свойства масел
Все смазки должны быть липкими, т.е. хорошо удерживаться на поверхности трения. Это свойство масел оценивают величиной коэффициента трения и размером износа поверхности трущейся пары.
- Очень важной характеристикой любой смазки является вязкость – это величина внутреннего трения при перемещении частиц смазки. Недостаточная вязкость масла приводит к повышению трения и нагреву; чрезмерно большая вязкость ведет к потерям мощности на трение, а, следовательно, к снижению КПД машин и механизмов.
Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.
Динамическая вязкость – это мера внутреннего трения масла, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости.
За единицу динамической вязкости принят пуаз (П). Он характеризует вязкость такой жидкости, в которой для перемещения двух слоев один относительно другого надо затратить касательную к слоям внешнюю силу в одну дину при условии, что эти слои имеют площадь каждый в 1 см2, находятся один от другого на расстоянии 1 см и перемещаются под действием приложенной силы (одной дины) со скоростью 1 см/с. В системе СИ за единицу динамической вязкости принят Па∙с (паскаль∙секунда). 1 П = 0,1 Па∙с. Динамическая вязкость воды при 200С равна единице.
Кинематической вязкостью называют отношение динамической вязкости жидкости к её плотности. Она измеряется в стоксах (Ст) и сантистоксах (сСт). В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят м2/с.
1 Ст=10-4 м2/c; 1сСт=10-6 м2/с. Кинематическая вязкость воды при 200С равна единице.
Динамическую и кинематическую вязкость нефтепродуктов измеряют в вискозиметрах. В справочниках обычно приводятся значения условной вязкости, определяемой с помощью вискозиметра Энглера. Величина условной вязкости в градусах Энглера (0Э) представляет собой отношение времени истечения 200 мл масла при заданной температуре ко времени истечения 200 мл воды при 200С. Вязкость масел уменьшается при нагревании и растет при охлаждении. Степень изменения вязкости в зависимости от температуры принято характеризовать отношением кинематической вязкости при 500С к кинематической вязкости при 1000С. Чем меньше это отношение, тем лучше вязкостно-температурные свойства масел. Степень изменения вязкости масла при изменении температуры выражается также индексом вязкости (ИВ), который является условным. Чем выше ИВ, тем лучше масло (ИВмаксим.=100). При повышении давления вязкость масла повышается.
К другим важным свойствам масел относятся:
- Плотность, среднюю плотность масел в расчетах можно принимать 0,900г/см3.
- Температура вспышки паров масел - минимальная температура, при которой происходит кратковременное воспламенение паров масла от пламени в условиях испытания.
Этот показатель характеризует способность масел к воспламенению. Низкая температура вспышки указывает на присутствие в маслах случайных примесей, главным образом, топлива.
- Температура застывания – температура, при которой масло теряет подвижность. За температуру застывания смазочных масел принимается та температура, при которой масло, помещенное в пробирку определенных размеров, не меняет положение мениска (определяется на глаз) при повороте пробирки из вертикального положения в наклонное (под углом 450).
Температура застывания является важной характеристикой масел, работающих при низких температурах, т.к. понижение текучести масла затрудняет его подачу к трущимся поверхностям. Чем больше в масле парафиновых углеводородов с высокой температурой плавления, тем выше температура застывания масла.
- Термоокисляемость нефтепродукта - термостойкость масла в присутствии кислорода или воздуха.
При обычных температурах окисление масла идет очень медленно, при 65-750С скорость окисления масла заметно увеличивается. При окислении масел кислородом воздуха происходит процесс старения масел, главным продуктом окисления масел являются кислоты, которые вызывают коррозию металлов. Накопление в масле продуктов окисления вызывает изменение внешнего вида и физико-химических свойств масла. Для увеличения химической стабильности в масла вводят специальные присадки (антиокислители).
- Антикоррозионные свойства, т.е. способность масел защищать металл от окисления.
Коррозию металлов могут вызывать две группы веществ, находящихся в масле: 1) органические кислоты, образующиеся при окислении масла, 2) Н2SO4 и H2SO3 – образуются при попадании в масло продуктов сгорания сернистого топлива (SO3, SO2) и их конденсации с парами воды. Содержание в масле органических кислот оценивают значением кислотного числа, выраженного в мг КОН, необходимых для нейтрализации 1 г масла. Для ряда современных моторных масел в ГОСТ и ТУ кислотные числа не указывают, так как специальные щелочные присадки нейтрализуют их.
В моторных маслах М-14В2 и М-14Г2, применяемых в дизелях тепловозов, вместо кислотного числа определяют щелочность, которая должна быть не менее 4,8-7,0 мг КОН/г. Для остальных моторных масел, применяемых на тепловозах, указывают в ТУ кислотное число базовых масел до введения присадок.
Коррозионные свойства масел оценивают по потере массы (в г/м2) стандартной свинцовой пластинки, которую в течение 50ч со скоростью 15-16 раз в минуту погружают в масло, нагретое до 1400С. Чем больше уменьшится масса пластинки, тем выше коррозионность масла.
- Коксуемость масла - показатель, указывающий склонность масла разлагаться при высоких температурах с образованием твердых осадков (кокса). Коксуемость зависит от химического состава масла и степени его очистки.
- Зольность масла – показатель, указывающий наличие в масле несгораемых веществ.
Зольность масла резко возрастает с введением в масло присадки. В государственных стандартах на моторные масла с присадками зольность его указывают до и после введения присадки.
- Детергентность масла - физико-химическое свойство, определяющее способность масла диспергировать и удерживать частицы отложений во взвешенном состоянии.
- Масла не должны содержать большого количества механических примесей и воды.
К механическим примесям относятся инородные тела (пыль, песок, ржавчина, продукты износа), которые находятся в масле во взвешенном состоянии или в виде осадка и задерживаются на фильтре при фильтровании в растворе бензина или бензола. Механические примеси приводят к преждевременному износу деталей и повышенному нагарообразованию – отложению твердых углеродистых веществ, состоящих из масла, смолянистых веществ и зольной части (соединения железа и кремния).
Вода в масле ухудшает смазочные свойства и вызывает коррозию.
1.1.2 Получение и очистка масел
Основную часть добываемой нефти (95-97%) перерабатывают для получения различных видов топлива и смазочных материалов.
При фракционной перегонке нефти получают бензиновую, лигроиновую, керосиновую и газойлевую фракции; остаток от перегонки называется мазутом и служит для получения масел.
Каждая фракция – смесь углеводородов, кипящих в определенном интервале температур. Мазут - это фракция с температурой кипения 350-4500С, в состав которой входят углеводороды, содержащие в молекуле от 20 до 50 атомов углерода.
Смазочные масла получают из мазута фракционной перегонкой под вакуумом. При нагревании мазута и конденсации паров в колонне вначале получают веретенный дистиллят, затем машинный, автоловый и цилиндровый. После перегонки мазута остается тяжелый масляный концентрат (гудрон или полугудрон), который является полуфабрикатом для получения остаточных масел, таких как авиационные, цилиндровое и др.
Многие товарные масла получают смешением дистиллятных и остаточных масел – это смешанные масла.
Полученные при вакуумной перегонке масляные дистилляты – это еще не масла, а лишь полупродукты, которые содержат, кроме углеводородов, различные асфальтосмолистые вещества, нафтеновые кислоты и другие вредные примеси, ухудшающие качество масла. Для удаления вредных веществ из дистиллятных и остаточных масел применяют сернокислотный и селективный способы очистки. При сернокислотной очистке масло обрабатывают серной кислотой, при этом асфальтосмолистые и другие вредные вещества, вступая в химическую реакцию с серной кислотой, образуют смолистую густую массу, называемую кислым гудроном, которая осаждается на дно мешалки, а затем удаляется.
Селективная очистка масел заключается в обработке масла специальными растворителями (пропаном, фенолом и др.), которые обладают свойством извлекать вредные примеси, не уничтожая ценных составных частей масла. После очистки готовым маслам придают нужные эксплуатационные свойства.
Минеральные масла имеют сложный химический состав. Они содержат парафиновые, ароматические, нафтеновые, а также асфальтосмолистые вещества. Чем выше плотность и вязкость масла, тем обычно сложнее его состав.
- Присадки к смазочным маслам
Для улучшения эксплуатационных свойств масел применяют присадки вещества, которые добавляют к маслам от тысячных долей процента до 15-20%. Общими требованиями к присадкам являются хорошая растворимость в маслах, совместимость в смазочных материалах, стабильность масел с присадками при длительном хранении и применении.
В зависимости от назначения различают следующие виды присадок:
А) вязкостные присадки – повышают вязкость и улучшают вязкостно-температурные свойства масла. В качестве таких присадок используются полимерные соединения;
Б) депрессорные – понижают температуру застывания, препятствуют формированию в масле кристаллической парафиновой решетки;
В) антиокислительные – замедляют процессы окисления масел, повышают их термоокислительную стабильность;
Г) антикоррозионные – подавляют коррозию металлических поверхностей двигателей и механизмов;
Д) моющие – применяют для уменьшения лаковых отложений и осадков на деталях двигателя. В качестве моющих присадок используют мыла нафтеновых кислот или феноляты, в состав которых входят барий или кальций;
Е) диспергирующие присадки (в отличие от моющих) представлены бензольными соединениями, имеющими в молекуле азосодержащую основную группу);
Ж) противоизносные и противозадирные – для повышения прочности масляной пленки. Присадки этого типа улучшают смазочную способность масла, уменьшают износ, снижают разрушение поверхностей и трение (это соединения серы, фосфора, галоидов);
З) противопенные присадки – уменьшают вспенивание масла. Механизм действия противопенных присадок основан на снижении поверхностного натяжения масел (этим облегчается удаление из масел растворенного в нем воздуха) и разрушении обильной пены.
Существуют также комплексные и многофункциональные присадки, способные улучшать одновременно несколько свойств масел, например, ВНИИНП-360 (улучшают антиокислительные, антикоррозионные и моющие свойства масел), ЦИАТИМ 339 (улучшают моющие и антикоррозионные свойства).
1.1.4 Классификация минеральных масел по назначению
По назначению масла подразделяют:
- моторные – для поршневых двигателей внутреннего сгорания;
- трансмиссионные – для механических трансмиссий;
- гидравлические;
- индустриальные – для станков и механизмов;
- турбинные – для турбин;
- газотурбинные – для турбовинтовых и турбореактивных двигателей;
- цилиндровые – для поршневых паровых машин;
- приборные – для приборов и точных механизмов;
- компрессорные – для поршневых и ротационных компрессоров;
- холодильные – для холодильных машин;
- изоляционные, применяют в электротехнической промышленности и подразделяют на трансформаторные, конденсаторные и кабельные.
Внутри каждой группы масел их подразделяют по уровню вязкости и другим эксплуатационным свойствам.
1.2. МАСЛА МОТОРНЫЕ
- Классификация моторных масел
Моторные масла используются для смазывания двигателей внутреннего сгорания. Они применяются в автомобилях, тракторах, тепловозах, сельскохозяйственной, дорожной, судовой и др. технике. Они предназначены в основном для снижения трения и износа сопряженных деталей и отвода от них тепла. Кроме того, они должны обладать эффективной нейтрализующей способностью в отношении образующихся при работе двигателя продуктов кислотного характера, высокой моющей и диспергирующей способностью, хорошими антиокислительными, антипенными, антикоррозионными и другими свойствами, предотвращающими снижение надежности работы двигателя и загрязнения окружающей среды.
Обозначение моторных масел состоит из групп знаков, первая из которых обозначается буквой М (моторное) и не зависит от состава и свойств масла; вторая – цифрами, характеризующими класс кинематической вязкости; третья – прописными буквами – обозначает принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам.
Обозначение моторных масел дано в ГОСТе 17479.1 -85.
В зависимости от кинематической вязкости моторные масла делят на классы. Дробные классы указывают, что по вязкости при температуре минус 18оС масло соответствует классу, указанному в числителе, по вязкости при 100оС – классу, указанному в знаменателе.
В зависимости от области применения моторные масла делят на группы: А, Б, В, Г, Д, Е. Индекс 1 присваивают маслам для карбюраторных двигателей, индекс 2 – для дизелей. Универсальные моторные масла, предназначенные для использования, как в дизелях, так и в карбюраторных двигателях одного уровня форсирования, индекса в обозначении не имеют. Универсальные моторные масла, принадлежащие к разным группам, должны иметь двойное обозначение, в котором первое характеризует качество масла при применении в дизелях, второе – в карбюраторных двигателях.
1.2.2 Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам, применяемая в странах СНГ
| Группа | Рекомендуемая область применения |
| А | Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели |
| Б1 | Малофорсированные карбюраторные двигатели |
| Б2 | Малофорсированные дизельные двигатели |
| В1 | Среднефорсированные карбюраторные двигатели |
| В2 | Среднефорсированные дизельные двигатели |
| В | Универсальное моторное масло для среднефорсированных карбюраторных и дизельных двигателей, предъявляющих повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и способности предотвращать образование высокотемпературных отложений |
| Г1 | Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих интенсивному окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению. |
| Г2 | Высокофорсированные дизельные двигатели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих интенсивному окислению масла, образованию всех видов отложений, |
| Г | Универсальное моторное масло для высокофорсированных карбюраторных и дизельных двигателей |
| Д | Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений |
| Е | Лубрикаторные системы смазывания цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы |
-
Примеры обозначения моторных масел:
М-8-В1,
где М – моторное масло, 8 – класс вязкости (т.е. кинематическая вязкость данного масла при 100оС 7,0-9,5 мм2/с (сСт)), В1 – масло для среднефорсированных карбюраторных двигателей;
М-6з/10-В,
где М – моторное масло, 6з/8 – класс вязкости (т.е. кинематическая вязкость данного масла при минус 18оС не более 2600 сСт, при 100оС – 9,5-11,5 сСт); В универсальное масло для среднефорсированных дизельных и карбюраторных двигателей;
М-4з/8-В2Г1,
где М моторное масло, 4з/8 – класс вязкости (т.е. кинематическая вязкость этого масла не более 2600 при минус 180С и 7,0-9,5 при 100оС), В2Г1 – масло для использования как в среднефорсированных дизелях (В2), так и в высокофорсированных карбюраторных двигателях (Г1);
М-14-Д(цл20),
где М –моторное масло, 14 – класс вязкости (кинематическая вязкость при 100оС 13,0-15,0 сСт), Д – масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, цл20 – масло м.б. использовано в циркуляционных и лубрикаторных системах смазки и имеет щелочность около 20 мг КОН/г;
М-4з/8-Д(тс),
где М – моторное масло, 4з/8 – класс вязкости, Д – масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, тс – трансмиссионное синтетическое масло.
Общепринятой в международном масштабе стала классификация моторных масел по вязкости Американского общества автомобильных инженеров -SAE J300. Уровень эксплуатационных свойств и области применения зарубежные производители моторных масел в большинстве случаев указывают по классификации API ,предложенной в свое время Американским нефтяным институтом, буквами H, S,C,G,F, D, J. Если в обозначении импортного масла после цифр, которые, как правило, характеризуют только вязкостные характеристики, отсутствуют эти буквы - то это не моторное масло. Классификация API подразделяет моторные масла на две категории:"S"(service) -масла для бензиновых двигателей и "С"(Comercial)- масла для дизелей. Универсальные масла обозначают классами обеих категорий. Классы в категориях указывают буквы латинского алфавита, стоящие после буквы, обозначающей категорию, например, SF, SH, CC или SF/CC, CG/CD для универсальных масел. В нижеприведенных таблицах приводится примерное соответствие классов вязкости и групп моторных масел для этих различных классификаций.
1.2.3 Основная классификация SAE по вязкости для моторных масел по сравнению с ГОСТ
| SAE | ГОСТ |
| Класс вязкости | Вязкость кинемати- ческая при 100оС мм2/сек min/max | Вязкость низкотем- пературная для запуска двигателя mP.s(max)/oC/max | Вязкость низкотем- пературная при -18оС мм2/с | Вязкость кинематическая при 100оС мм2/с | Класс вязкости |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 0W | 3,8/ -- | 3250/ -30 | -- | -- | -- |
| 5W | 3,8/ -- | 3500/ -25 | 1250 | 3,8 | 3з |
| 10W | 4,1/ -- | 3500/ -20 | 2600 | 4,1 | 4з |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 15W | 5,6/ -- | 3500/ -15 | 6000 | 5,6 | 5з |
| 20W | 5,6/ -- | 4500/ -10 | 10400 | 5,6 | 6з |
| 25W | 9,3/ -- | 6000/ -5 | -- | -- | -- |
| 20 | 5,6/ 9,3 | -- | -- | 5,6-7,0/6 |7,0-9,5/8 | 6 | 8 |
| 30 | 9,3/ 12,5 | -- | -- | 9,5-11,5/10 |11,5-13,0/12 | 10 | 12 |
| 40 | 12,5/ 16,3 | -- | -- | 13,0-15,0/14 |15,0-18,0/16 | 14 | 16 |
| 50 | 16,3/ 21,9 | -- | -- | 18,0-23,0/8 | 20 |
| 60 | 21,9/ 26,1 | -- | -- | -- | -- |
Соответствие классов вязкости и групп моторных масел по ГОСТ и классификации SAE
| SAE | 5W | 10W | 15W | 20W | 20 | 20 | 30 | 30 | 40 | 40 | 50 | 60 | 5W-20 | 10W-20 | 10W-20 | 10W-30 | 15W-30 | 15W-30 | 20W-30 | 20W-40 | 20W-40 |
| ГОСТ | 3з | 4з | 5з | 6з | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 20 | 24 | 3з/8 | 4з/6 | 4з/8 | 4з/10 | 5з/10 | 5з/12 | 6з/10 | 6з/14 | 6з16 |
Соответствие групп моторных масел по ГОСТ и классификации API
| ГОСТ | A | Б | Б1 | Б2 | В | В1 | В2 | Г | Г1 | Г2 | Д1 | Д2 | Е1 | Е2 | -- | -- | -- |
| API | SB | SC/CA | SC | CA | SD/CB | SD | CB | SE/CC | SE | CC | SF | CD | SG | CF-4 | SH | SJ | CG-4 |