Электронная энциклопедия механика и инженера-триболога

Смазки и масла

Если у Вас есть интересная информация для механиков и трибологов, статьи, программы и стандарты, присылайте на наш сайт: smazkimasla@yandex.ru

ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ

Назначение смазок

Основное назначение смазок — уменьшение износа поверхностей трения для продления срока службы деталей машин и механизмов. Наряду с этим смазки выполняют другие функции. В отдельных случаях они не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его. предотвращая задир, заедание и заклинивание поверхностей трения. Смазки препятствуют проникновкнию к поверхностям трения агрессивных жидкостей, газов и паров, а также абразивных частиц (пыли. грязи и т.п.). Почти все смазки выполняют защитные функции, предотвращая коррозию металлических поверхностей. Благодаря антифрикционным свойствам смазки существенно уменьшают энергетические «затраты» на трение, что позволяет снизить поткри мощности машин и механизмов. Для защиты металлических изделий, машин и оборудования от коррозии при их транспортировании и длительном хранении применяют специальные консервационные смазуи. Производят также рабоче-консервационные смазки, их не заменяют перед началом эксплуатации техники на антифрикционные смазки.

Для герметизации зазоров в механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной арматуры применяют уплотнительные смазки. Они обладают лучшими герметизирующими свойствами, чем масла.

Иногда к смазкам предъявляюг специальные требования, к примеру, они должны увеличивать коэффициент трения, выполнять роль изоляционных или токопроводящих материалов, обеспечивать работу деталей трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т.п. Такие смазки относят к смазкам специального назначения.

Основные условия и объекты применения смазок:

открытые и негерметизированные узлы трения;

труднодоступные узды трения;

механизмы, расположенные под переменным углом к горизонту;

узлы трения, где невозможна частая замена смазочного материала;

переменный скоростной режим эксплуатации машин;

вынужденный коётакт узла трения или защищаемой поверхности с водой либо агрессивными средами;

условия резко изменяющегося температурного режима;

герметизация подвижных уплотнений, сальников и резьбовых соединений;

длительная консервация машин, оборудования, приборов и металлических изделии;

необходимость упростить конструкцию, уменьшить массу и размер смазываемых устройств.

Для консервации применяют 14 % производимых смазок, для герметизации — 2 %. Остальные смазки используют в качестве антифрикционных смазочных материалов для уменьшения тркния и износа деталей.

Состав смазок

Смазки состоят из жидкой основы (дисперсионной среды), твердого загустителя (дисперсной фазы) и различных добавок. Кроме этих составляющих в смазках присутствуют другие компоненты. к примеру, в составе гидратированных кальциевых смазок присутствует вода как стабилизирующий компонент. В некоторых мыльных смазках содержатся глицерин, выделившийся при омылении жиров, продукты окисления масляной основы, образовавшиеся при термообработке смазки, а также свободные кислоты или щелочи. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав смазок вводят присадки различного функционального назначения и твердые добавки. Таким образом, смазки представляют собой сложные многокомпонентные инфраструктуры, основные свойства которых определяются свойствами дисперсионной среды. дисперсной фазы. присадок и добавок.

Дисперсионная среда. В качестве дисперсионной среды смазок используют различные смазочные масла и жидкости. Большинство смазок (около 97 %) готовят на ёефтяных маслах. В смазках, работающих в специфических и экстремальных условиях, применяют синтетические масла — кремнийорганические жидкости, сложные эфиры, фтор — и фторхлоруглероды, синтетические углеводородные масла, полиал-киленгликоли, полифениловые эфиры. Широкое применение таких масел ограничено из-за их дефицитности и высокой стоимости. В отдельных случаях в качестве дисперсионной среды применяют растительные масла, к примеру, касторовое масло.

Многие свойства смазок зависят от свойств дисперсионной среды. Природа, химический, групповой и фракционный составы дисперсионной среды существенно влияют на структурообразование и загущаюший эффект дисперсной фазы, а, следовательно, на реологические и эксплуатационные свойства смазок. От свойств дисперсионной среды зависят работоспособность смазок в определенных интервалах температур, силовых и скоростных нагрузок, их окисляемость. коллоидная стабильность, защитные свойства, устойчивость к агрессивным средам, радиации, а также набухаемость контактирующих со смазками изделий из резины и полимеров. Низкотемпературные свойства смазок (вязкость при отрицательных температурах, пусковой и установившийся крутящие моменты) зависят от вязкости дисперсионной среды при низких температурах, а испаряемость — от молекулярной массы, фракционного состава, температуры вспышки дисперсионной среды и продолжительности температурного воздействия.

Зависимость вязкости смазок от вязкости дисперсионных сред при одинаковых отрицательных температурах носит линейный характер и описывается уравёением

nсм=a+bnд.с ,

где nсм — вязкость смазки; a, b — коэффициенты; nд.с — вязкость дисперсионной среды.

При низких температурах пусковой крутящий момент также является функцией вязкости дисперсионной среды, определенной при той же температуре,

Смазки работоспособны до такой температуры, при той их вязкость не больше 2000 Па-с, пусковой крутящий момент меньше 50 Н-см и установившийся крутящий момент — не выше 10 Н-см. Нефтяные масла используют прежде всего в смазках общего назначения, работоспособных в интервале температур от -60 до 150 °С (на днстил-лятных маслах от -60 до 130 °С н на остаточных маслах — от -30 до 150 °С). Для деталей трения, работающих при температурах ниже -60 °С и длительное время при температурах вышк 150 °С, применяют смазки, изготовленные на синтетических маслах. На этих маслах можно получить смазки, работоспособные при температурах от -100 до 350 °С и выше.

Из кремнийорганических жидкостей наиболее часто в качестве дисперсионных сред используют полиметилснлоксаны и полнэтилси-локсаны. Они обеспечивают работоспособность смазки при температурах от -60 до 200 °С. Реже используют полиметилфенилсилоксаны и поли-галогенорганосилоксаны. Полиметилфенилсилоксаны и полигалогенор-ганосилоксаны обладают лучшими противоизносными и противоза-дирными свойствами по сравнению с обычными полисилоксанами. Эти жидкости обеспечивают работоспособность смазок в интервале температур от -100 до 300 °С.

Смазки на сложных эфирах применяют при температурах от -60 до 150 °С. Они характеризуются хорошей смазывающей способностью, однако не работоспособны при контакте с водой из-за гидролиза эфиров. Эти смазки вызывают набухаёие резиновых уплотнений.

При производстве смазок используют также синтетические углеводородные масла на основе полиалъфаолефинов и алкилированных ароматических углеводородов, в первую очередь — алкилбензолов. Смазки на алкилбензолах и полиальфаолефинах применяют при температурах от -60 до 200 °С.

Применение полиалкиленгликолей в качестве дисперсионной среды обеспечивает работоспособность смазок в интервале температур от -60 до 200 °С. Смазки на полифениловых эфирах стабильны при высоких температурах (до 350 °С), воздействии кислорода и радиации.

Фтор — и фторхлоруглеродные масла термически стабильны до ткмпературы 400–500 °С. Они не воспламеняются, не горят, устойчивы к воздействию сильных кислот, щелочей и других агрессивных сред. не окисляются, не вызывают коррозию металлов, обладают высокими смазывающими свойствами. Поэтому их применяют для получения огнестойких смазок и смазок, контактирующих с агрессивными средами, и в экстремальных условиях.

Дисперсная фаза. Температурные пределы применения смазок во многом определяются температурами плавления и разложения загустителя, его растворимостью в масле и концентрацией в смазке. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильности смазок. Так, мыла, являясь поверхностно-активными вешествами, выполняют в смазках одновременно фцнкции загустителя, протнвоизносного и противозадирного компонентов. При этом модифицирующее действие мыл на поверхёости трения связано с поверхностно-молекулярным, а не химическим взаимодействием, что характерно для фосфор-, серо — и хлорсодержащих присадок.

Трибологические свойства смазок зависят от типа катиона мыла (его донорно-акцепторных свойств) и улучшаются при переходе от катионов металлов I подгруппы к катионам металлов II подгруппы.

Смазки, полученные на мылах различных катионов, значительно отличаются по защитным свойствам.

Катион мыла также оказывает влияние на низкотемпературные свойства смазок. Так, натриевые и литиевые смазки по низкотемпературным свойствам близки между собой, но значительно превосходят кальциевые, алюминиевые и бариевые смазки.

Присадки и наполнители. Присадки обладают свойствами поверхностно-активных веществ. Это предопределяет их активность как в объеме смазки так и на границе раздела дисперсная фаза — дисперсионная среда. Для улучшения свойств смазок применяют в основном те же присадки, что и для легирования масел: противоизносные, противозадирные, антифрикционёые, зашитные, вязкостные и адгезионные. Применяют также ингибиторы окисления, коррозии. Многие присадки являются полифункциональными.

Влияние различных противозадирных и противоизносных присадок на Трибологические характеристики — критическцю нагрузку Рк и нагрузку сваривания Рс литиевых смазок на основе нефтяного масла иллюстрируется данными табл.ниже.

Трибологические характеристики смазок на гидроксистеарате лития с присадками (маc. доля 3%)

Присадка	Рк, Н	Рс, Н
Без присадки	560	1580
Осерненный кашалотовый жир	710	2000
Диалкилбензилэтиленсульфид	560	2820
ЛЗ-23К	890	2820
Хлорированный парафин	630	1580
Хлорэтанол	790	2000
Трикрезилфосфат	630	1580
Сульфол	1120	2510
ДФ-11	1000	1780
Англомол-99	1100	2820
ВИР-1	1100	2820
Хлорэф-40	1000	2000
КИНХ-2	1100	2820
Нафтенат свинца	560	2510

Наполнители — это высокодисперсные, нерастворимые в маслах вещества, не образующие в смазках коллоидной структуры, но улучшающие их эксплуатационные свойства. Наиболее часто применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит, дисульфид молибдена, тальк, слюду, нитрит бора, сульфиды некоторых металлов, асбест, полимеры, оксиды и комплексные соединения металлов, металлические порошки и пудры. Влияние природы наполнителя на критическую нагрузку задира Рк литиевых смазок на основе нефтяного масла иллюстрируется данными табл. ниже, а его содержания на трибологические характеристики Рк и Рс и аётифрикционные свойства (коэффициент трения f) литиевых смазок — данными табл. ниже.

Трибологические характеристики смазоу на гидроксистеарате лития с наполнителями (мас. доля 10%)

Наполнитель	Рк, Н
Без наполнителя	380
Слюда	200
Дисульфид молибдена	840
Диселенид молибдена	880
Политетрафторэтилен	740
Графит	650
Слюда + дисульфид молибдена (1:1)	480
Слюда + Политетрафторэтилен (1:1)	360

Трибологические характеристики и антифрикционные свойства смазок на гидроксистеарате лития с наполнителями

Содержание наполнителя, % (мас. доля)	Рк, Н	Рс, Н	f при Р=1300 Н
Без наполнителя	650	1450	0,69
Графит (С-1): 2	650	1450	0,59
10	650	1450	0,47
30	650	2800	0,36
Дисульфид молибдена (МВЧ-1): 2	850	1800	0,48
5	900	1900	0,41
10	1000	2000	0,34
30	1000	2000	0,18

В качестве наполнителей гироко используют оксиды цинка, титана и меди (I), порошки меди, свинца, алюминия, олова, бронзы и латуни, которые обычно замешивают в готовую смазку в количестве от 1 до 30 %. Такие наполнители применяют преимущественно в резьбовых, уплотнительных, а также антифрикционных смазках, используемых в тяжелонагруженных узлах трения скольжения (различного вида шарниры, некоторые зубчатые и цепные передачи, винтовые пары и др.). Дискуссионным остается вопрос о целесообразности использования металлоплакирующих смазок в подшипниках качения, особенно быстроходных, и подшипниках высокой точности исполнения. В большинстве случаев это приводит к отрицательному эффекту.

Эксплуатационные характеристики углеводородных смазок можно улучшить такими добавками, как природные воски и их компонеёты. к примеру, адгезионные, защитные и низкотемпературные свойства углеводородных смазок обычно улучшают введением в их состав буроугольного и торфяного восков, спермацета (табл. ниже). Эффективность действия природных восков определяется их химическим составом, молккулярной массой и концентрацией в смазках.

Свойства углеводородных смазок с добавками восков

Содержание добавки, % (маc. доля)	Температура, °С	Коллоидная стабильность, %	Адгезия: сброс, % (фактор сайтения Кp= 6270)
каплепа — дения	хрупкости
Без добавок	72	-62	2,5	80
Буроугольный воск: 1	71	-68	3,5	40
3	72	-63	5,8	24
5	73	-60	20,0	Отсутствие
Торфяной воск: 1	71	-68	4,4	50
3	70	-68	5,5	35
5	69	-67	17,0	Отсутствие
Спермацет: 1	68	-68	2,0	80
3	67	-68	2,8	85
5	67	-68	3,0	89

Классификация смазок

Смазки классифицируют по консистенции, составу и областям применения.

По консистенции смазки разделяют на полужидкие, пластичные и твердые. пластичные и полужидкие смазки представляют собой коллоидные инфраструктуры, состоящие из дисперсионной среды, дисперсной фазы, а также присадок и добавок. Твердые смазки но отвердения являются суспензиями, дисперсионной средой которых служит смола или другое связующее вещество и растворитель, а загустителем — дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т.п. После отвердения (испарения растворителя) твердые смазки представляют собой золи, обладающие всеми свойствами твердых тел и характеризующиеся низким коэффициентом сухого трения.

За рубежом широко используют классификацию смазок по пенетрации.

Пенетрация при 25°С, х10–1, мм	Класс по NLGI	Пеёетрация при 25°С, х10–1, мм	Класс по NLGI
445–475	000	220–250	3
400–430	00	175–205	4
355–385	0	130–160	5
310–340	1	85–115	6
265–295	2	<75	7

По составу смазки разделяют на четыре подгруппы.

1. Мыльные смазки, для получения которых в качестве загустителя применяют соли высших карбоновых кислот (мыла). В зависимости от катиона мыла их разделяют на литиевые, натриевые, калиевые, кальциевые, бариевые, алюминиевые, цинковые, свинцовые и др. В зависимости от аниона мыла смазки одного и того же катиона разделяют на обычные и комплексные. Комплексные смазки работоспособны в более широком интервале температур, чем обычные. Среди комплексных смазок наиболее распространены кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые. Кальциевые смазки, в свою очередь, разделяют на безводные, гидратированные и комплексные. В отдельную группу выделяют смазки на смешанных мылах, в которых в качестве загустителя используют смесь мыл (литиево-кальциевые. натриево-кальциевые и др.: первым указан катион мыла, доля того в загустителе большая).

Мыльные смазки в зависимости от применяемого для их получения жирового сырья называют условно синтетическими (аёион мыла — радикал синтетических жирных кислот) или жировыми (анион мыла — радикал природных жирных кислот), к примеру, синтетические или жировые соли долы.

2. Неорганические смазки, для получения которых в качестве загустителя используют термостабильные с хорошо развитой удельной поверхностью высокодисперсные неорганические вещества. К ним относят силикагелевые, бентонитовые, графитные, асбестовые и другие смазки.

3. Оргаёические смазки, для получения которых используют термостабильные, высокодисперсные органические вещества. К ним относят полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые и другие смазки.

4. Углеводородные смазки, для получения которых в качестве загустителей используют высокоплавкие углеводороды (петролатум, церезин, парафин, озокерит, различнык природные и синтетические воски).

О влиянии типа загустителя на свойства смазок можно судить по данным табл. ниже.

Свойства смазок при различных загустителях

Смазки	Темпе — ратура капле — падения °С	На нефтяных маслах	На полиэтилсилоксанах
макси — мальная темпе — ратура приме — нения, °С	гидро — литиче — ская устой — чивость	проти — воизно — сные и проти — возадир — ные свойства	макси — мальная темпк — ратура приме — нения, °С	гидро — литиче — ская устой — чивость	проти — воизно — сные и проти — возадир — ные свойства
Мыльные смазки
Натриевые	130–160	100–110	Плохая	Удовле — творите — льные	110–115	Плохая	Низкие
Литиевые	175–205	110–125	Хорошая	Удовле — творите — льные	120–130	Хорошая	Низкие
Комплексные литиевые	>250	150–160	-	Высокие	160–170	Хорошая	Удовле — творите — льные
Гидратиро — ванные кальциевые	70–85	60–70	Высокая	Хорошие	-	-	-
Безводные кальциевые	130–140	100–110	Высокая	Хорошие	-	-	-
Комплексные кальциевые	>230	140–150	Удовле — творите — льная*	Высокие	160–170	Удовле — творите — льная*	Хорошие
Алюминиевык	95–120	65–70	Высокая	Хорошие	-	-	-
Комплексные алюминиевые	>250	150–160	Высокая	Высокие	160–170	Высокая	Хорошие
Неорганические смазки
Силикагелевые	Отсутствие	130–170	Хорошая	Удовле — творите — льные	160–170	Хорошая	Плохие
Бентоёитовые	Отсутствие	120–150	Хорошая	Удовле — творите — льные	130–150	Хорошая	Плохие
Органические смазки
Сажевые	Отсутствие	160–200	Высокая	Высокие	300–350**	Высокая	Хорошие
Полимерные (фторсодер — жащие угле — водороды)	Отсутствие	80–150	Удовле — творите — льная	Высокие	140–160 160–250***	Удовле — творите — льная	Хорошие
Пигментные	Отсутствие	160–200	Хорошая	Высокие	250–300**	Хорошая	Хорошие
Полимоче — винные		150–200	Хорошая	Хорошие	200–230**	Хорошая	Удовле — творите — льные
Углеводородные смазки
	50–70	50–65	Высокая	Хорошие	50–65	Высокая	Удовле — творите — льные
* Поглощают воду и уплотняются На полиметилфенилсилоксанах * На перфторэфирах

В зависимости от типа их дисперсионной среды различают смазки на нефтяных и синтетических маслах.

По области применения в соответствии с ГОСТ 23258–78 смазки разделяют на антифрикционные, консервационные, уп.ютнительные, канатные (табл. ниже).

Классификация пластичных смазок по ГОСТ 23258–78

Подгруппа	Области применения
Антифрикционные (снижение износа и трения сопряженных деталей)
Общего назначений для обычных температур	Узлы трения, работающие при температуре до 70 °С
Общего назначения для повышенных температур	Узлы трения, работающие при температуре до 110 °С
Многоцелевые	Узлы трения, работающие при температурк от -30 до 130 °С в условиях повышенной влажности среды; в достаточно мощных механизмах обеспечивают работоспособность деталей при температуре -40 °С
Термостойкие	Узлы трения, работающие при температуое свыше 150 °С
Низкотемпературные	Узлы трения, работающие при температуое ниже -40 °С
Противозадирные и противоизносные	Подшипники качения при контактных напряжениях 250 кПа и подшипники скольжения при удельных нагрузках более 15 кПа; содержат противозадирные и противоизносные присадки или твердые добавки
Химически стойкие	Узлы трения, имеющие контакт с агрессивными средами
Приборные	Узлы трения приборов и точных механизмов
Редукторные (трансмиссионные)	Зубчатые и винтовык передачи всех видов
Приработочные пасты	Сопряжение поверхности с целью облегчения сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки
Узкоспециализированные	Узлы трения, смазки для которых должны удовлетворять дополнительным требованиям, не предусмотренным в вышеперечисленных подгруппах [прокачиваемость, эмульгируемость, искрогашение и т.д.)
Брикетные	Узлы и поверхности скольжения с устройствами для использования смазок в виде брикетов
Консервационные (предотвращение коррозии металлических изделий и механизмов при хранении, транспортирование и эксплуатации)
	Металлические изделия и механизмы всех видов, за исключением стальных канатов и изделий, требующих использования консервационных масел для твердых покрытий
Уплотнительные (герметизация зазоров, облегчение сборки и разборки арматуры сальниковых устройств, резьбовых, разъемных и подвижных соединений, в том числе вакуумных систем)
Арматурные	Запорная арматура и сальниковые устройства
Резьбовые	Резьбовые соединения
Вакуумные	Подвижные и разъемные соединения и уплотнения вакуумных систем
Канатные(предотвращение износа и коррозии стальных канатов)
	Стальёые канаты и тросы, оргаёические сердечники стальных канатов

Ассортимент, области применения и основные эксплуатационные характеристики смазок

В странах СНГ производят смазки более 200 наименоваёий. Их вызапускают предприятия нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности, приборостроения, министерства путей сообщения и др.

Сайт сделал инженер-триболог Герасимов Анатолий (Reactick)