Смазочные материалы

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ 3

2. Общие понятия 4

3. Смазочные масла 4

3.1. Классификация смазочных масел 5

3.2. Потребительские свойства 7

3.3. Экологические аспекты использования смазочных масел 11

3.3.1. Регенерация отработанных масел 12

3.3.2. Необходимость разработки экологически безопасных смазочных масел (растительных масел) 13

4. Пластичные смазки 14

5. Твердые смазочные материалы 16

6. Смазочно-охлаждающие жидкости 17

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Целью смазывания зон трения является обеспечение преимущественно жидкостного трения, при котором потери на трение малы, а износ деталей практически отсутствует.

Смазочные материалы должны обладать строго заданными свойствами, которые определяются величинами удельной и полной нагрузок в зоне трения; максимальной, средней и объемной температурами в зоне контакта; кинематикой движения в зоне трения (качение, скольжение, смешанное). При этом должны учитываться природа материалов обоих деталей трения, характеристики волнистости и шероховатости поверхностей в зоне трения, свойства окружающей среды и др.

Смазочные материалы и системы  смазки должны удовлетворять следующим  требованиям: гарантированно смазывать  узел трения в заданных техническими условиями эксплуатации интервалах температуры, давления и скорости скольжения; поддерживать установленные значения функциональных показателей узла трения в пределах определенного срока  эксплуатации и хранения; не оказывать  вредного воздействия на контактирующие с ними материалы; быть экологически и пожаро-, взрывобезопасными; обеспечивать заданный температурный режим объекта смазки.

2. Общие понятия

К основным показателям  качества и работоспособности смазочных материалов относятся вязкость и вязкостно-температурные свойства, стойкость к окислению и коррозионная стойкость, зольность, температуры застывания, вспышки и воспламенения, коксуемость, антипенные свойства, плотность, цвет и др.

Вязкость жидкого смазочного материала — внутреннее трение, возникающее между его молекулами и слоями при их относительном перемещении под действием внешней силы. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Зависимость вязкости от температуры принято характеризовать отношением значений кинематической вязкости при 50 и при 100°С. Чем меньше это отношение, тем выше вязкостно-температурные свойства масла.

Коксуемость масла — это способность масла под влиянием высоких температур разлагаться с образованием твердых осадков (кокса).

Важнейшим показателем является смазывающая  способность, т.е. способность создавать  на поверхности детали тонкую защитную пленку, препятствующую непосредственному  контакту, а следовательно, адгезии, задиру и заеданию при металлическом контакте. Смазывающую способность в основном обеспечивают противозадирные, противоизносные и антифрикционные присадки. Если смазывающая способность исчерпывается, то резко возрастают трение, износ, разрушение рабочих поверхностей вследствие схватывания и заедания.

По агрегатному  состоянию смазочные материалы  могут быть жидкими, пластичными, твёрдыми. Наибольшее распространение получили жидкие смазочные материалы (масла) и пластичные смазочные материалы (смазки).

3. Смазочные масла

Смазочные масла как  конструкционный материал узла трения выполняют следующие функции:

1. уменьшают трение, возникающее между сопряженными деталями;
2. снижают износ и предотвращают задиры трущихся поверхностей;
3. отводят тепло от трущихся поверхностей;
4. защищают поверхности трущихся деталей и другие неизолированные части от коррозионного воздействия окружающей среды;
5. уплотняют зазоры между сопряженными деталями;
6. удаляют из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие загрязнения.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации используемое масло должно надежно выполнять две-три основные функции.

1. Классификация смазочных масел

Масла как  смазочные материалы делятся  на три группы:

1. нелетучие, или жирные;
2. углеводородные, или минеральные;
3. синтетические масла.

Масла первой группы не могут быть перегнаны (при  атмосферном давлении) без разложения. Все они животного или растительного  происхождения и, как показывает химический анализ, состоят, как правило, только из углерода, водорода и кислорода. Масла второй группы называются минеральными, так как они получаются из нефти, или углеводородными, поскольку  состоят только из углерода и водорода. Синтетические масла – это  особые химические соединения.

Жирные масла при комнатной  температуре являются жидкостями. Аналогичные  твердые масла называются жирами. Жиры – это глицериды; они могут  расщепляться на глицерин и жирные кислоты. Наибольшее практическое значение имеют три жирные кислоты: олеиновая, пальмитиновая и стеариновая. При  наличии небольшого количества таких  жирных кислот в смазке ее маслянистость  существенно повышается.

Некоторые жирные кислоты легко окисляются на воздухе и загустевают или даже затвердевают. Примером могут служить льняное и тунговое масла. Примеры незагущающихся масел – оливковое (растительное) и спермацетовое (животное). Жирные масла входят в смазочные масла лишь в небольших количествах, но широко применяются при изготовлении мыльной основы в производстве консистентных смазок.

Углеводородные масла долго  не окисляются на воздухе при обычных  температурах. При высоких же температурах, таких, как в двигателях внутреннего  сгорания, они могут вследствие окисления  и частичного разложения давать нагар  и смолистые отложения.

Одним из важнейших свойств минерального масла является вязкость. Следует  учитывать, что вязкость сильно зависит  от температуры. Относительное изменение  вязкости масел в заданных температурных  пределах характеризуют условным показателем  – индексом вязкости (ИВ).

Углеводородные  смазки можно классифицировать:

1. по типу нефти, из которой получено масло
2. по способу переработки нефти.

Существуют  три типа сырой нефти: парафинового, нафтенового (асфальтового) и смешанного основания. При изготовлении смазочных  масел из нефти применяются следующие  основные процессы: перегонка с нагревом открытым пламенем, паром или вакуумная; использование остаточного масла; фильтрование; депарафинизация; обработка кислотами и щелочами; экстрагирование растворителем; введение химических добавок для улучшения эксплуатационных характеристик.

Наибольшее применение находят  два вида синтетических масел: силиконовые (кремнийорганические) и полиэфирные. Первые из них образуют широкий класс  кремнийорганических соединений, весьма различающихся по своим свойствам. Все они инертны в химическом отношении, а вязкость их изменяется в широких пределах. Они характеризуются  высокими индексами вязкости, низкими  температурами потери текучести  и способностью выдерживать высокие  температуры. Силиконовые смазочные  масла хорошо работают в режиме жидкостного трения, но не в условиях высоких контактных давлений и высоких скоростей трения.

Полиэфирные синтетические масла – это  полиалкиленгликоли. Как и силиконовые масла, они характеризуются высокими индексами вязкости и низкими температурами потери текучести.

В состав товарных масел часто входят кроме основного компонента (нефтяного, синтетического масла или их смеси) специальные присадки и твердые антифрикционные добавки. В качестве присадок используются органические соединения в количестве до 30%, улучшающие те или иные свойства (антиокислительные, моюще-диспергирующие, вязкостные, антифрикционные, противоизносные, депрессорные, противопенные и др.). В качестве твердых антифрикционных добавок (0,5...3,0%) используются графит, дисульфид молибдена, нитрид бора, некоторые селениды, сульфиды и иодиды металлов, а также высокодисперсные порошки металлов и их оксиды. Целью введения твердых добавок является повышение смазочной способности масел и их стабильности к окислению. Преимущество этих добавок состоит в том, что их действие проявляется как при низких, так и при высоких температурах.

2. Потребительские свойства

Выбирают  масла на основе оценок физико-химических и эксплуатационных свойств. Важнейшее  свойство масел — вязкость, которая  характеризует внутреннее трение, возникающее  между частицами при относительном  перемещении их под действием  внешней силы. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическую вязкость оценивают силой, затрачиваемой на перемещение одного слоя масла относительно другого со скоростью 1 м/с, когда площадь каждого слоя равна 1 м², а расстояние между слоями 1 м. Если сила равна 1 кгс, то единица динамической вязкости 1 кгс*с/м².

Кинематическая  вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности масла. Если плотность масла измеряют в 1 кгс*с²/м⁴, то единица кинематической вязкости 1 мм²/с.

Условная  вязкость представляет собой отношение  времени вытекания через стандартный  капилляр 200 мл. масла при 50 или 100°С ко времени вытекания такого же объема воды при температуре 20° С. Измеряют условную вязкость градусами ВУ50 и ВУ100.

Вязкость  масел обратно пропорциональна  температуре. Это свойство является очень важным с эксплуатационной точки зрения. Неизбежные при работе оборудования колебания температуры  приводят к изменению вязкости и  скорости износа деталей.

При граничных  условиях трения, когда детали частично разделены слоем масла, качество смазки оценивают не вязкостью, а  маслянистостью, которая характеризует смачиваемость металлов минеральными маслами. Сравнивают масла по индексам маслянистости.

Температурой  вспышки масла называется температура, при которой пары масла образуют с окружающим воздухом горючую смесь. Температура, при которой загорается масло и горит не менее 5 секунд, называется температурой воспламенения. Эти показатели характеризуют такие эксплуатационные свойства масел, как испаряемость и огнеопасность. Особенно важно учитывать их при выборе масла для узлов трения машин и механизмов, работающих в зонах высоких температур.

Температура застывания — это такая температура, при которой масло теряет текучесть и приобретает свойства пластической массы.

Кислотность характеризует наличие в масле свободных кислот, которые появляются в нем во время эксплуатации или попадают из дистиллятов. Реагируя с черными металлами и водой, окисленные масла образуют металлические мыла. Осадки в виде тяжелых шлаков на внутренних стенках трубопровода уменьшают проходные сечения и снижают эффективность циркуляционных систем жидкой смазки. Кислотность измеряют кислотным числом, т. е. количеством миллиграммов едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации 1 гс масла.

Коксуемость — свойство масел выделять твердый осадок (кокс) при нагревании без доступа воздуха.

Под зольностью понимают качество очистки масла и наличие в нем несгораемых веществ. Численно она равна количеству остатка, полученного после выпаривания, сгорания и прокаливания навески масла.

 Свободные  щелочи, реагируя с цветными металлами,  образуют густые клейкие осадки (мыла), которые осаждаются на  внутренних стенках трубопроводов.  Наличие в масле свободных  щелочей устанавливают окраской  спиртовой вытяжки под действием  фенолфталеина. Вода окисляет  металлические поверхности и  способствует появлению сгустков, нарушающих функционирование смазочных  систем. Она попадает в масло  при небрежном хранении или  неисправных уплотнениях. Кроме  того, осаждается на внутренних  стенках трубопроводов в виде  конденсата.

Эмульгируемость — способность масла, смешиваясь с водой, образовывать трудно разделимые эмульсии. Это свойство необходимо учитывать для систем смазки прокатного оборудования, которое интенсивно охлаждается водой. Эмульгируемость измеряют числом диэмульсации, т. е. временем (мин) полного разделения масла и воды.

По назначению выделяют следующие основные группы масел: моторные, индустриальные, трансмиссионные, турбинные, компрессорные, гидравлические, консервационные, для технологических операций и специального назначения.

К группе моторных масел  относятся масла для смазывания карбюраторных, дизельных и авиационных поршневых двигателей, а также универсальные.