Зносостійкі властивості масел

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Вплив масел на можливість створення беззносного режиму тертя.

Ідеальний режим тертя характеризується повною відсутністю зносу і мінімальними значеннями коефіціентів тертя. Цим умовам в найбільшій степені відповідає режим рідинного тертя, коли поверхні, що труться, розділені шаром масла, мінімальна товщина якого перевищує суму висот найбільших нерівностей обох поверхонь (h_min > (R_z1 + R_z2)).

При режимі рідинного тертя, тобто в умовах рідинного змащування, зношення можливе лише під дією тиску, який передається через масляний шар. Тим самим різко обмежуються можливі види зносу в якісном і кількісном відношеннях.

Основним видом зносу, напевно можливим при рідинному змащуванні, являється пластична макродеформація, в особливості деталей з м'якими поверхностями.

Можливість вифарбовування поверхонь тертя при рідинному змащуванні є питанням дискусійним.

В умовах важконавантаженого контакта при тисках в масляному шарі, рівних герцовським контактним напруженням, може спостерігатися пластична деформація (зкомкання) поверхневих мікронерівностей; однак така мікродеформація не приводить до помітного витирання поверхонь.

Існування основних видів зносу при рідинному змащуванні поверхонь тертя можна оцінити слідуючим чином:

Витирання (мікрознос) - практично неможливе або дуже мале.

Задирання - в принципі не можливе.

Пластична макродеформація - можлива, особливо у деталей з поверхностями малої твердості.

Вифарбовування - теоретично можливе; експериментами до цього моменту не підтверджено.

Фрикційна корозія - напевно, неможлива.

При рідинному змащуванні в більшості випадків може бути забезпечений беззносний режим тертя (скорочено БЗРТ). При цьому важливі слідуючі властивості масла:

1) номінальна в'язкість (при атмосферному тиску і умовній температурі);

2) характер залежності в'язкості від тиску;

3) характер залежності в'язкості від температури;

4) зжимаємість (має другорядне значення);

5) період релаксації або модуль зсуву (може мати значення переважно при змащуванні швидкохідних механізмів).

В якості іллюстрації впливу в'язкості масла на можливість забезпечення БЗРТ розглянем криву зносу при витиранні (рис. 1.1.1.), отриману на чотирьохкульковій машині (кульки діаметром 12,7 мм із сталі марки ШХ 15 твердістю HRC 64) при довготривалому випробуванні з постійними осьовим навантаженням (200 МПа) та швидкістю ковзання (56 см/сек).

Випробувалось нелеговане нафтове масло циліндричне 52 при температурі 20С. Його в'язкість ₂₀ 8000 сст. На рис. 1.1.1. видно, що після приблизно 20 год від початку досліду в результаті збільшення розмірів плями зносу на кульках питомий тиск зменшився в степені, достатній для виникнення БЗРТа. Після 43-годинної роботи в умовах БЗРТа (через 63 год після початку досліда) температура масла була збільшена до 100С, в результаті в'язкість його зменшилась до 55 сст. Знос при цьому збільшився незначно, після чого БЗРТ продовжувався; це свідчить про те, що для забезпечення рідинного змащування в умовах випробування в'язкість масла 55 сст була достатньою.

Слідом за цим, через 1 год після збільшення температури масла циліндричне 52 до 100С, воно було замінене нелегованим нафтовим маслом ДС-11, випробуваним також при температурі 100С (в'язкість цього масла ₁₀₀ =11 сст). Після такої заміни знос різко збільшився; в'язкість 11 сст виявилась недостатньою для забезпечення БЗРТа.

Цікаво відмітити, що припинення БЗРТа після переходу на масло ДС-11 відбулося не відразу, а через Ѕ год (див. участок А кривої зносу).

Крива зносу при витиранні у функції часу, отримана при випробуванні на чотирьохкульковій машині масла циліндричне 52 з послідуючою заміною масла ДС-11: І - масло циліндричне 52 при 20С; ІІ - воно ж при 100С; ІІІ - масло ДС-11 при 100С; а - масло циліндричне 52, збільшення температури з 20 до 100С; б - заміна масла циліндричного 52 при 100С маслом циліндричним ДС-11 при 100С

масло тертя вифарбовування зносостійкий

Напевно, це пояснюється впливом зберігшихся від масла циліндричне 52 адсорбційних плівок, протримавшихся ще деякий час після заміни масла.

Беззносний режим тертя може бути забезпечений не лише в результаті гідродинамічного (або гідростатичного) ефекта, але і в умовах граничного змащування, при використанні масел з достатньо ефективними антизносними присадками.

В таких випадках можливе створення «псевдорідинного» змащування, при якому причиною відсутності зносу є, напевно, модифікація мікрорел'єфа поверхонь, що труться граничними плівками, які утворюються при хімічній взаємодії присадок з металом. Виникаючий при цьому беззносний режим тертя будемо називати «хімічний БЗРТ».

В якості прикладу хімічного БЗРТа на рис. 1.1.2.показані криві зносу, отримані на чотирьохкульковій машині, при дослідах з нафтовим маслом ДС-11, яке містить кальцієву присадку в різних концентраціях, а також з цим же маслом без присадки.

З графіку можна зробити слідуючі висновки:

1) масла з присадкою забезпечують БЗРТ, тоді як базове масло (без присадки) не захищає від витирання;

2) оскільки всі дослідженні масла мали однакову в'язкість, причиною БЗРТа при використанні легованих масел повинен бути не гідродинамічний ефект, а хімічний БЗРТ;

3) зі збільшенням концентрації присадки в маслі зменшується діаметр плями зносу, при якому встановлюється БЗРТ.

Це значить, що зі збільшенням концентрації присадки зростає питомий тиск, витримуємий утворившимися граничними плівками в умовах БЗРТа.

Хімічний БЗРТ. Криві зносу при витиранні, отримані на чотирьохкульковій машині. Масло ДС-11 з кальцієвою присадкою в концентрації, вказаній на кривих, і без присадки (0%).

Доказ хімічної природи БЗРТа був отриманий також слідуючими дослідами.

На чотирьохкульковій машині випробувалось масло ДС-11 з 11% кальцієвої присадки. Режим дослідів був таким же, як при дослідах показаних на рис., відповідно мав місце БЗРТ.

По завершенню дослідів різної тривалості (1, 12 і 36 год) масло замінювалось базовим (нелегованим) маслом ДС-11 такої ж в'язкості, і досліди продовжувались (без заміни кульок).

Як видно з рис., швидко після заміни масла БЗРТ припинявся і починалось інтенсивне витирання. Перехід від БЗРТа до витирання починався лише через деякий час після заміни масла [6]. Цей час, зростаючий зі збільшенням тривалості попередньої роботи на легованом маслі, був, очевидно, необхідний для витирання граничної плівки, створенної присадкою. Зносостійкість такої плівки виявилась тим вище, чим довготриваліша була робота на маслі з присадкой.

При дослідах на чотирьохкульковій машині хімічний БЗРТ був отриманий також з іншими легованими маслами, випробуваними в різних умовах. Аналогічні результати на машині тертя іншого типу отримав Робертсон при дослідах з маслом, вміщуючим дитиофосфат цинка.

Викладене показує, що змащувальне масло може забезпечувати беззносний режим тертя (БЗРТ) за допомогою двох механізмів:

1) фізичного, коли рідинне змащування забезпечується єдино в результаті гідродинамічного (або гідростатичного) ефекта;

2) хімічного, при застосуванні легованих масел, коли в результаті взаємодії присадки з поверхнею, що треться на останній утворюються граничні плівки, які напевно забезпечують таку модифікацію її мікрорел'єфа, при якій досягається зменшення висоти нерівностей, достатнє для виникнення режима рідинного змащування.



Витирання після заміни масла ДС-11 з 11% кальцієвої присадки (лінія А) базовим иаслом ДС-11 (криві Б). Цифри на кривих Б означають тривалість (в годинах) роботи на легованому маслі до його заміни базовим маслом. Початок відрахунку по шкалі абсцис відповідає моменту заміни масла.

Механізм хімічного БЗРТа вивчений ще зовсім не достатньо [7]. Використання цього явища для творення масел з покращеними антизносними властивостями відкриває великі можливості підвищення довговічності змащувальних деталей машин.

2. Вплив масел на витирання (мікрознос) поверхонь, що труться (витиральні властивості)

Витирання (мікрознос) поверхонь, що труться, слід розглядати з різних точок зору в залежності від того, чи являється воно припрацьованим чи експлуатаційним.

Припрацьоване витирання, на відміну від інших видів зносу, представляє собою закономірний процес, який покращує стан спряжених поверхонь тертя і підвищує їх працездатність [8]. В процесі припрацювання зникають, в результаті пластичної деформації або відокремлення, найбільш виступаючі нерівності, внаслідок чого збільшується фактична площа контакта і відповідно зменшуються питомі тиски на поверхню тертя. Крім того, в результаті припрацювання може зменшуватися шороховатість поверхонь.

На початку припрацювання, коли фактична площа контакта поверхонь, що труться ще мала, а істинні питомі тиски відповідно великі, значно перевищуючи розраховані значення, суттєву небезпеку представляє можливість задирання. У звязку з цим на час припрацювання деталей, особливо тих що мають погано припрацьовуючі закалені поверхні високої твердості, доцільно застосовувати для їх змащувуання масла, леговані хімічно активними антизадирними присадками (хлорними або сірчаними). Такі масла, агресивні по відношенню до поверхонь, що труться, викликають їх прискорене припрацювання в результаті хімічного зносу, одночасно попереджуючи можливість задирання. По закінченню припрацювання таке масло повинно бути замінене іншим, менш активним або хімічно інертним, не викликаючим значного витирання.

Після завершення процесу припрацювання, в результаті зменшення питомого тиску і зглажування мікронерівностей, на поверхнях, що труться може встановитися режим рідинного змащування, при якому подальше витирання зупиняється. На практиці витирання деталей часто все ж продовжується і після завершення їх припрацювання, тобто в процесі нормальної експлуатації [9]. В цьому випадку відбувається експлуатаційне витирання більш чи менш постійної інтенсивності. Таке витирання звичайно характеризується лінійною залежністю зносу від часу і в кінцевому результаті може привести до такого викривлення розмірів і форми деталі, що подальша її нормальна робота виявиться не можливою.

Експлуатаційне випробування являється шкідливим. Воно може відбуватися:

1) Якщо макро - або мікрогеометрія поверхонь тертя, підвищенні кромочні тиски через перекоси деталей, що труться, недостатня в'язкість змащувального масла або експлуатаційні параметри виключають можливість припрацювання з переходом на режим рідинного змащування на протязі обмеженого періоду часу. Подібне «припрацювання» в таких випадках розтягується на весь термін служби деталі з поступовим витиранням залишаючихся виступаючих участків поверхонь тертя і відповідним збільшенням частки рідинного змащування в загальному режимі напіврідинного змащування цих поверхонь.

2) При пусках і вимкненнях механізма. Якщо при стаціонарном режимі роботи машини має місце рідинне змащування поверхонь тертя, то під час розгону і вибігу механізма під навантаженням поверхні деталей проходять зону граничного тертя, яке супроводжується витиранням, інтенсивність якого пропорційна частоті пусків і зупинок.

Експлуатаційне витирання може бути, крім того, викликане засміченням масла абразивними продуктами зносу поверхонь, що труться та окислення масла, а також його карбонізації (у випадку роботи при високих температурах).

Вплив масел на витирання поверхонь, що труться виражається у слідуючому:

1) Нелеговані масла належної в'язкості можуть забезпечувати БЗРТ і відсутність витирання в результаті гідродинамічного ефекта та ефекта в'язкопружності. При неможливості забезпечити БЗРТ зі збільшенням в'язкості застосовуємого масла все таки зменшується доля граничного тертя в загальному режимі тертя, внаслідок цього буде зменшуватися витирання.

Але надмірна (номінальна) вязкість застосовуємого масла може дати протилежний ефект: внаслідок розігріву масла фактична в'язкість його як в об'ємі, так і в зоні тертя може настільки зменшитись, що вона опиниться нище, ніж у масла з більш низькою номінальною в'язкістю.В результаті такого виявлення термічного ефекта витирання буде зростати.

2) Леговані масла, в залежності від властивостей вміщуючихся в них присадок, можуть знижувати або стимулювати витирання у порівнянні з відповідним базовим маслом. Найкращим, очевидно, буде масло, здатне забезпечувати БЗРТ при мінімальном попередньому зносі, тобто при максимальному питомому тиску на плямах фактичного контакту поверхонь, що труться.

Найкращі антивитиральні властивості мають масла з фосфорними присадками, а саме, дитиофосфатами цинка [10]. Високою здатністю забезпечувати БЗРТ володіють кальцієві та барієві присадки.

3) Антивитиральна ефективність присадок звичайно залежить від умов їх застосування, особливо від температури і довготривалості часу контакту. Механізм дії багатьох хімічних, а саме фосфорних присадок, оснований на хемосорбції, а дія полярно активних компонентів масла - на фізичній адсорбції, внаслідок чого для утворення граничних плівок цими присадками вимагається певний час.

Хоча воно у масел з сучасними присадками достатньо мале і може вимірюватися долями секунди, все ж в швидкохідних механізмах з перервним контактом, наприклад в зубчатих передачах, цей час може виявитися недостатнім для забезпечення не лише БЗРТа, але і взагалі для проявлення антивитирального ефекта.

Разом з тим при змащуванні деталей з безперервним або напівнеперервним контактом (типу повзун - направляюча, поршень-циліндр, вал-підшипник ковзання) такі присадки можуть досить ефективно захищати від витирання.

4) При неможливості створити БЗРТ нелеговані нафтові масла забезпечують лише посередній захист від витирання внаслідок бідності природними компонентами, здібними створювати граничні плівки. Наявність природних сірчаних з'єднань в маслі, напевно, суттєво не впливає на їх антивитиральні властивості внаслідок міцного хімічного зв'язку атомів сірки в молекулах відповідних з'єднань, а також низьких температур поверхонь, що труться, звичайно спостерігаючихся при витиранні.

5) Масла, які вміщують полярно активні компоненти у вигляді присадок або натуральних з'єднань, які перейшли з нафти і утворилися при окисленні, можуть захищати від витирання в результаті утворення адсорбційних плівок або стимулювати витирання внаслідок проявлення ефекта Ребиндера. На практиці частіше всього, напевно, має місце суміщення позитивного і негативного ефектів з нечітким виявленням переважаючої властивості [11]. Можливо, що зі збільшенням питомого тиску в більшій ступені буде проявлятися ефект Ребиндера, який приводить до посилення витирання.

6) Синтетичні масла інколи проявляють значно кращі антивитиральні властивості, ніж чисто нафтові масла, що, напевно, являється результатом полярної активності їх молекул. Такі дані маються відносно полігликолей і ефірів. Відомі, однак, випадки і протилежного випадку; наприклад, при змащувані ефірним маслом (ди-2-етилгексил-себацинатом) латуні (62% Сu, 36% Zn, 1% Pb, 1% Al) при терті по закаленій сталі при температурі 230С знос виявився вище, ніж при терті всуху.

Погані змащувальні властивості мають полісилоксанові рідини, які викликають значне витирання поверхонь, що труться, особливо стальних. Причина цього залишається не з'ясованою. Можна припустити, що причиною змащувальної неефективності полісилоксанів є їх неспроможність утворювати скільки-небудь суттєвий масляний шар між поверхнями, що труться. Разом з тим в умовах граничного змащування полісилоксанові рідини на сталі утворюють, напевно, плівки високої твердості, що створює несприятливі умови для тертя.

На рис. зображені криві зносу при витиранні, які були отримані на чотирьохкульковій машині при випробуванні деяких характерних масел при температурі 100С.



Криві зносу при витиранні на чотирьохкульковій машині. Умови дослідів такі ж, як при випробуваннях показаних на рис. Масла:

1 - ДС-11 з кальцієвою присадкою;

2 - ДС-11 з присадкою дитиофосфата цинку;

3 - ДС-11 з барієвофосфорною присадкою;

4 - для гіпоїдних передач по ГОСТу 4003-53 (з високоактивною сірчаною присадкою);

5 - ДС-11 з хлорною присадкою;

6 - МС-20 нелеговане;

7 - ДС-11 нелеговане;

8 - ДС-11 з сірчанохлорною присадкою;

9 - синтетичне ефірне (ди-2-етилгексилсебацинат).

d _Н - діаметр площадки пружньої деформації.

З рис. видно, що леговані нафтові масла 1 і 2 різко знижують витирання у порівнянні з базовим маслом 7 та іншим нелегованим маслом 6. Разом з тим деякі присадки (масло 8) здатні підсилювати витирання у порівнянні з базовим маслом. Масло 8, очевидно, могло б бути використано в якості припрацьовочного (при умові задоволення інших вимог, окрім посиленного витирання).

В синтетичному ефірному маслі 9 проявилися кращі антивитиральні властивості, ніж у чисто нафтових масел, але при цьому воно значно поступається кращим легованим маслам.

Криві масел 6 і 7 ілюструють вплив в'язкості: при змащуванні маслом МС-20 гідродинамічний ефект в умовах напіврідинного тертя, очевидно, повинен бути більш вираженим, ніж при використанні масла ДС-11, яке має вдвічі меншу в'язкість.

Криві масел 1 і 3 ілюструють можливості реалізації БЗРТа. Масло 3, недивлячись на стійкий БЗРТ, поступається маслу 1 внаслідок значно більшого перщочергового зносу, при якому виникає БЗРТ.

3. Вплив масел на задирання поверхонь, що труться (антизадирні властивості)

Види задирання в залежності від типу масла

Змащувальне масло забезпечує захист поверхонь, що труться від задирання при не дуже високих навантаженнях шляхом створення несучого масляного шару, який розділяє поверхні. Потім, коли збільшення швидкості ковзання або навантаження призводить до такого нагріву зони контакта, при якому рідинне змащування більш не можливе, захист від задирання приймають на себе граничні плівки, які утворюються маслом.

Як уже відмічалося, природні нафтові масла бідні речовинами, здатними створювати ефективні граничні плівки. Тому масла, які призначені захищати поверхні від задирання при важких режимах тертя, повинні містити антизадирні присадки.

Масла з сильними антизадирними присадками повинні попереджувати адгезійне задирання, тобто схоплювання поверхонь, що труться, і, створюючи на них високоефективні плівки, переводити адгезійне задирання в задирання ріжучого типу, яке виникає при значно більш високих навантаженнях.

В залежності від здатності масел забезпечувати рідинне і граничне змащування виникнення задирання з ростом впливаючого фактора (швидкості ковзання або навантаження) буде носити різний характер (рис. 1.3.1.).

Допустимо, що проводиться серія дослідів з поступово зростаючими навантаженнями при інших постійних умовах.

Масло №1 (високої в'язкості з сильною антизадирною присадкою) здатне ефективно забезпечувати рідинне змащування до досягнення деякого високого навантаження Р_2. Оскільки це масло забезпечує також ефективне граничне змащування, по перевищенню критичного навантаження Р₂ на поверхні що треться не виникає відразу задирання, а появляються лише окремі слабі риски, число, ширина і глубина яких постійно збільшуються із ростом навантаження.

Схеми виникнення задирання при рідинному і граничному змащуванні маслами різної ефективності. Р₃ - навантаження при якому виникає повне задирання поверхонь.

Задирання, таким чином, з підвищенням навантаження збільшується поступово і момент його настання, який характеризується навантаженням Р_3, звичайно фіксується умовно по досягненню визначеного проценту площі, покритої задирами. Таке задирання, як правило, буває ріжучого типу.

Масло №4 (низької в'язкості) не містить антизадирної присадки. Воно не здатне забезпечувати ефективне рідинне і граничне змащування, тому критичне навантаження Р₁ переходу від рідинного до граничного змащування в даному випадку мала. Задирання, внаслідок неефективності граничних плівок, починається при низькому навантаженні, інтенсивність його швидко зростає із збільшенням навантаження, і воно носить адгезійний характер.

Масло №3 (високої в'язкості, без антизадирної присадки) забезпечує ефективне рідинне змащування, але не здатне забезпечувати граничне змащування при високому навантаженні. Тому по досягненню критичного навантаження Р_2, коли припиняється рідинне змащування, задирання наступає моментально. Воно протікає звичайно бурно і носить адгезійний характер.

Масло №2 (низької в'язкості з антизадирною присадкою) погано забезпечує рідинне змащування, але створює ефективні граничні плівки. Тому виникає задирання ріжучого типу; воно розвивається дуже повільно і проявляється у вигляді рисок, число і розміри яких поступово збільшуються по перевищенні критичного навантаження Р_1.

Температура при задиранні

Згідно відомому постулату Блока задирання при змащуванні нелегованими маслами наступає, незалежно від наватаження і швидкості при деякій постійній критичній температурі поверхонь, що труться, залежної від властивостей масла і поверхонь. Фізична суть цього положення заключається в тому, що адсорбційна плівка захищає поверхні що труться навіть при наявності пластичних деформацій від схоплювання, поки не відбудеться її руйнування внаслідок нагріву поверхонь до деякої критичної температури. Існують також дані протилежного характеру про те, що критична температура задирання не являється постійною для заданого масла і поверхонь, що труться, а залежить від режиму тертя, а саме, швидкості, зростаючи з посиленням гідродинамічного ефекту і товщини масляного шару. Необхідно підкреслити, що постулат Блока припускає умови граничного і напіврідинного змащування маслами, не вміщуючих хімічно активних присадок.

Критичні температури задирання при змащуванні нелегованими маслами у багатьох випадках перевищують 150С - максимальну температуру десорбції граничних плівок полярно активних компонентів масел. Можливо, це пояснюється окислювальним ефектом або якимись іншими механізмами граничного змащування, наприклад, утворенням в зоні контакту лакових плівок.

Антизадирні властивості масел

Масла, не леговані антизадирними присадками, слугують захистом від задирання завдяки своїм об'ємним властивостям, тобто гідродинамічному ефекту і ефекту в'язкопружності, а також наявному в них невеликому резерву природних речовин, здатних забезпечувати хоча б в слабій степені захист від задирання в умовах граничного змащування.

Цими речовинами можуть бути природні сірчані з'єднання, які містяться головним чином в маслах з сірчаних нафт, полярно активні продукти окислення (смоли, деякі кислоти) і, можливо поляризуємі ароматичні вуглеводи.

В якості характеристики антизадирних властивостей масел широко застосовуються показники, які отримуються при випробуваннях на чотирьохкульковій машині.

На рис.  показані результати випробувань на такій машині 25 нелегованих нафтових і двох синтетичних (ефірних) масел, в таблиці 1.3.1. - деяких легованих масел радянського товарного асортименту.



Антизадирні властивості товарних нелегованих масел. Залежність узагальненого показника зносу УПЗ від кінематичної в'язкості масел. Номера масел: 1 - для високошвидкісних механізмів (велосит) Л по ГОСТу 1840-51; 2 - трансформаторне по ГОСТу 982-56; 3 - МК-8 по ГОСТу 6457-66; 4 - ИС-12 по ГОСТу 8675-62; 5 - індустріальне 12 по ГОСТу 1707-51; 6 - веретенне АУ по ГОСТу 1642-50; 7 - веретенне АУ (дослідне); 8 - ИС-20 по ГОСТу 8675-62; 9 - основа масла АС -6 по ГОСТу 10541-63; 10 - турбінне 22 по ГОСТу 32-53; 11 - індустріальне 45 по ГОСТу 1707-51; 12 - ИС-45 по ГОСТу 8675-62; 13 - індустріальне 50 (СУ) по ГОСТу 1707-51; 14 - основа масла АС-10 по ГОСТу 10541-63; 15 - основа масла ДС-11 по ГОСТу 8581-63; 16 - трансмісійне автотракторне ТС 14,5 по МРТУ 38-1-150-65; 17 - тракторне АК-15 по ГОСТу 1862-63; 18 - дослідне масло з екстрактів залишкових масел селективної очистки; 19 - авіаційне МС-20 по ГОСТу 1013-49; 20 - авіаційне МС-20С по ГОСТу 9320-60; 21 - авіаційне МК-22 по ГОСТу 1013-49; 22 - для прокатних станів (брайтсток) П-28 по ГОСТу 6480-53; 23 - для прокатних станів (брайтсток) ПС-28 по ГОСТу 12672 - 67; 24 - трансмісійне автотракторне (нігрол) Л по ГОСТу 542-50; 25 - циліндричне 52 по ГОСТу 6411-52; 26 - ефірне масло (ди-2-етилгексилсебацинат); 27 - ефірне масло (типу 36/ І); O - масла з малосірчаних нафт ( 0,2% S); - масла з сірчаних нафт (0,8-1% S); - синтетичні ефірні масла

Випробування виконані по методиці ГОСТа 9490-60 при терті кульок із сталі ШХ 15 при кімнатній температурі.

З цих даних видно, що найбільш високі показники антизадирних властивостей має масло для гіпоїдних передач (з високоактивною сірчаною присадкою) по ГОСТу 4003-53, у якого значення Р_з = 39 43, УПЗ = 75 82. Для нелегованих масел Р_с = 27 29, УПЗ = 15 38.

На рис. значення показника УПЗ нелегованих масел представленні в залежності від їх в'язкості. З рис. 1.3.2. видно, що величина УПЗ зростає з в'язкостю масел; у масел з сірчаних нафт УПЗ вище, ніж у масел аналогічної в'язкості з малосірчаних (південних) нафт.

Таким чином, нелеговані сірчані масла відрізняються дещо кращими антизадирними властивостями (в умовах випробування на чотирьохкульковій машині). Збільшення УПЗ нелегованих масел з підвищенням в'язкості, напевно, можна пояснити гідродинамічним ефектом, а також більш високим вмістом полярних і поляризуємих компонентів в маслах залишкових і сумішах залишкових з дистилятними (№14-16 і 18-25), ніж в чисто дистилятних маслах (№1-13 і 17).

Леговані масла характеризуються нерівномірністю значень показників антизадирних властивостей, що пояснюється різним значенням цих масел. Найбільшою антизадирною ефективністю відрізняються автомобільні трансмісійні масла, які містять сильні антизадирні присадки.

Заслуговують уваги порівняльно високі антизадирні властивості двох синтетичних ефірних масел, що має пояснюватися полярною активністю їх молекул. Напевно, аналогічні антизадирні властивості повинні мати полігликолеві масла.

Антизадирні властивості силіконових масел так же, як і антивитиральні, незадовільні, і який-небудь ефективний захист від задирання ці масла забезпечувати не здатні.

Порівнюючи масла різних типів з точки зору їх антизадирних властивостей, не важко побачити, що кращим є масло №1, яке забезпечує БЗРТ до навантаження Р₂ при високому навантаженні задирання Р _3.

На другому місці масло №2: БЗРТ до навантаження Р_1, проте високе навантаження задирання Р_3.

На третьому місці масло №3: БЗРТ до навантаження Р_2, яке одночасно є навантаженням задирання Р_3. Задирання при цьому носить катастрофічний характер, оскільки режим рідинного змащування і БЗРТ закінчуються при високому навантаженні, коли масло, не здатне створювати ефективні граничні плівки, вже не може забезпечувати захист від схоплення.

Гірше всього масло №4 з БЗРТом до навантаження Р₁ і раннім настанням задирання.

При оцінці антизадирних властивостей масел слід враховувати вплив термічного ефекту [12]. Внаслідок виділення тепла при терті ковзання виявляється, що:

- з підвищенням навантаження Р при заданих швидкості v_{c к} і об'ємній температурі масла наванаження, при якому починається задирання, тим меньше, чим вище v_{c к;}

- зі збільшенням швидкості ковзання v_{c к} при заданих Р і швидкість, при якій починається задирання, тим меньша, чим вище Р або ;

- зі збільшенням об'ємної температури масла при заданих значеннях Р і v_cк

об'ємна температура, при якій починається задирання, тим нища, чим вище Р або v_{c к.}

З рис. 1.3.1 можна зробити висновок, що навантаження задирання Р₃ (тобто навантаження повного задирання, при якому деталь виходить з ладу) у масел з сильними антизадирними присадками (№1 і №2) не залежить від їх в'язкості. Але у малов'язких масел з антизадирною присадкою риски задирів (обмежене задирання) з'являються раніше. Тому, коли деталі експлуатуються при навантаженнях, меньше Р_3, то при застосуванні малов'язкого масла з антизадирною присадкою поверхні, що труться з часом все таки зношуються більше, чим якщо б застосовувалось аналогічне масло більшої в'язкості.

Високов'язке масло №1 має також слідуючі переваги перед малов'язким маслом №2: внаслідок більш широкого діапазона експлуатаційних параметрів, при якому має місце рідинне змащування при застосуванні масла №1, присадки які в ньому містяться будуть вичерпуватися (в результаті реакції з металом) в меншій степені, ніж присадки в маслі №2, які повинні утворювати захисні плівки в більш широкому діапазоні експлуатаційних параметрів (коли має місце граничне змащування).

4. Вплив масел на вифарбовування поверхонь, що труться (вифарбовувальні властивості).

Оскільки присутність масла є обов'язковою умовою вифарбовування, очевидно, що властивості його повинні впливати на умови виникнення і характер розвитку цього виду зносу.

Корисним з цієї точки зору є всі властивості, які стимулюють гідродинамічний ефект та зниження коефіцієнта тертя, шкідливими являються властивості, які стимулюють появу і розвиток мікротріщин від втомлювальності.

Наявність в маслі хімічно активних компонентів, таких як присадки або продукти окислення, агресивних по відношенню до змащувальних поверхонь, може виявляти на них ефект «корозійного травлення» [13]. Виникаючі при цьому нерівності в подальшому можуть слугувати джерелом втомлювальних тріщин та стимулювати тим самим процес вифарбовування.

Утворені на поверхні тертя тріщини, спочатку мікроскопічних розмірів, будуть заповнюватися маслом, при цьому тим енергічніше, чим меньше його в'язкість і чим більше поверхневий натяг, який обумовлює капілярний ефект. Тому в'язкість і в меншій степені полярна активність масла, впливаючи на інтенсивність заповнення та розклинювання втомлювальних тріщин, тим самим суттєво впливають на інтенсивність процеса вифарбовування. Це положення також справедливе і для розклинювання тріщин глубинного походження, хоча на процес їх початкового розвитку до виходу на поверхню масло безпосереднього впливу не має.

Більш в'язке масло сприяє вирівнюванню тиску на поверхнях тертя, пом'якшуючи піки контактних напружень, викликаємі виступаючими нерівностями, і тим самим віддаляючи початок вифарбовування в зоні цих нерівностей.

Чим вища в'язкість масла, тим краща здатність його демпфувати виникаючі в процесі експлуатації удари та вібрації в змащувальном механізмі.

Зі збільшенням в'язкості масла зменшуються коефіцієнти тертя ковзання і сили тертя в тяжконавантаженому контакті., тим самим підвищується опір вифарбовуванню поверхневих шарів.

Накінець, збільшення вязкості стимулює гідродинамічний ефект, отже, збільшується відношення h _min / (R_z1 + R_{z 2 ),} що вигідно з точки зору зниження долі безпосереднього контакта поверхонь, що труться.

Таким чином, висока в'язкість масла повинна з усіх точок зору розглядатися як позитивний фактор, покращуючий його «антивифарбовувальні властивості».

Хоча механізм впливу масел на вифарбовування вивчений ще недостатньо, представляється очевидним, що існує певний зв'язок між впливом масел на вифарбовування, їх впливом на витирання і їх фрикційними властивостями. Дійсно, якщо масло ефективно захищає поверхні від витирання, то тим самим воно перешкоджає усуненню наявних концентраторів напружень - потенційних джерел вифарбовування, таких як мікронерівності, тріщини, пори та інші поверхневі дефекти. З іншої сторони, масла з хорошими антифрикційними властивостями, що знижують коефіцієнт тертя, приводять тим самим до зменшення тангенціальних напружень в поверхнях, що труться, і, таким чином, зменшують їх схильність до вифарбовування.

Встановлено, що позитивну роль з точки зору впливу масел на вифарбовування відіграє низький індекс в'язкості. Одне з можливих пояснень цього заключається в більш високом п'єзокоефіцієнті в'язкості, який звичайно мають низькоіндексні масла, у звязку з чим такі масла повинні мати більшу здатність забезпечувати гідродинамічний ефект і високі значення

h _min / (R_z1 + R_{z 2 )} при напіврідинному змащуванні.

Деякі автори пояснюють позитивний ефект від застосування масел з низьким індексом в'язкості меншим нагрівом поверхонь, що труться і внаслідок цього наряду з більшою товщиною утворюючогося масляного шару також більш низьким рівнем термічних напружень, накладаючихся на контактні напруження при проходженні зони контакта по поверхні тертя.

Позитивний вплив на ослаблення схильності до вифарбовування, відмічений при застосуванні масел з низьким індексом в'язкості, можна, у відповідності з викладеним, пояснити слідуючим:

1) збільшенням товщини масляного шару в результаті більшого п'єзокоефіцієнта в'язкості;

2) збільшенням товщини масляного шару внаслідок меньшого нагріву поверхонь, що труться;

3) зменьшенням термічних напружень в результаті меньшого нагріву поверхонь, що труться.

На рис. показані результати дослідів Стернлічта, Люіса і Флінна з шарикопідшипниками №202 при змащуванні двома маслами, які мали однакову в'язкість (₀ = 63 спз) біля входу в підшипник, але різні індекси в'язкості і відповідно різні п'єзокоефіцієнти в'язкості.



Довговічність по вифарбовуванню шарикопідшипників при змащуванні нафтовими маслами: 1 - з високим індексом в'язкості; 2 - з низьким індексом в'язкості.

Досліди велись при радіальному навантаженні на підшипник 193 кГ, число обертів 50 000 в хвилину. Температура масла біля входу в підшипник складала 35 С. При випробуваннях зверталася особлива увага на запобігання окислення масел, так що вплив продуктів окислення на отримані дані повинен бути виключеним.

З рис. видний позитивний ефект застосування масла з низьким індексом в'язкості, яке забезпечило велику довговічність підшипників, ніж масло з високим індексом в'язкості. Але для вичерпуючого судження про переваги низькоіндексних масел з точки зору втомлювальної довговічності змащувальних поверхонь необхідно мати більш широкий експерементальний матеріал.

Суттєвий влив повинна виявляти на «вифарбовувальні» властивості масел їх полярна активність [14]. Характер цього впливу може бути прямо протилежним в залежності від типу і концентрації полярних з'єднань, які містяться в маслі, а також умов його застосування.

Наявність в маслі полярно активних речовин може сприяти вифарбовуванню, так як стимулює капілярний ефект і, в результаті, заповнення маслом втомлювальних мікротріщин; останнє приводить до їх розклинювання при терті. Деякі полярно активні речовини (кислоти) можуть створювати концентратори напруг на поверхнях тертя в результаті ефекта травлення. Все це приводить до зниження втомлювальної міцності поверхневих шарів деталей.

З іншої сторони, однак, наслідком полярної активності масла звичайно виявляються його хороші антифрикційні властивості; отже, подібне масло, забезпечуючи низькі коефіцієнти тертя, повинне зменшувати схильність деталей до вифарбовування.

Існують експерементальні дані в користь як негативного, так і позитивного впливу полярно активних масел на вифарбовування. Так, Раундс відмічав негативний ефект при застосуванні жирних кислот в якості змащувального масла. З іншої сторони, Німанн із співробітниками в дослідах з полярно активним синтетичним (поліефірним) маслом при змащуванні зубчатих колес продемонстрував явну перевагу позитивного ефекта: довговічність зубців при такому змащуванні у порівнянні зі змащуванням звичайним нафтовим маслом значно зростала. В якій степені цей примітний результат може бути дійсним для інших полярно активних масел та інших умов застосування, поки невідомо.

Експерементальні дослідження впливу масел на вифарбовування в більшості випадків виконувались при змащуванні зубчатих коліс, підшипників кочення та на імітуючих їх машинах тертя - роликових і чотирьохкулькових.

В якості загальних закономірностей впливу масел на вифарбовування можна, з урахуванням викладеного, відмітити слідуючі:

1) позитивний вплив високої в'язкості;

2) позитивний вплив гідродинамічного ефекта (у зв'язку зі збільшенням товщини масляного шару та зменшенням безпосереднього контакту поверхонь при напіврідинному змащуванні);

3) шкідливий вплив накопичуючихся в маслі продуктів окислення;

4) шкідливий вплив високої температури в зоні контакту (у зв'язку зі зменшенням товщини масляного шару та зростанням термічних напружень);

5) шкідливий вплив високого коефіцієнта тертя (у зв'язку з підвищенням температури в зоні контакту та збільшенням сил тертя, отже, напруженого стану в поверхневих шарах).

З точки зору впливу вуглеводневого складу масел та вміщуючихся в них присадок на вифарбовування існуючі дані недостатні і частково суперечні.

Напевно, позитивний ефект забезпечують в певних конкретних умовах присадки дисульфід молібдена, сірчанофосфорні (наприклад, дитиофосфат цинка) та деякі сірчановміщуючі з'єднання, в тей час як ряд хлорних присадок може підсилювати вифарбовування у порівнянні з базовим маслом.

Однак ці дані потребують підтверджень на базі більш переконливого експерементального матеріалу.

Перелік посилань

1. Барвелл Ф.Т. // Трение и износ. 1996. Т.7. №5. с. 780.

2. Беспорточный А.И., Галахов М.А. // Трение и износ. 1990. Т.11. №2.с. 197.

3. Добромыслов Н.Н. // Трение и износ. 1999. Т.10. №1. с 39.

4. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Наука, 1997. 526 с.

5. Мельников В.Г. // Защита металлов. 2005. Т.41. №2. с. 168.

6. Лисовский А.Ф., Диденко С.И., Грачева Т.Э. Повышение стой кости твердосплавного инструмента после обработки металлическим расплавом // Сверхтвердые материалы. - 1999. - №5. - С. 47 - 50.

7. Кислый П.С. Керметы. Киев.: Наукова думка, 1985. - 271 с.

8. Панасюк А.Д., Уманский А.П. Взаимодействие структурних составляющих композиционного материала на основе карбида титана // Порошковая металлургия. - 1997. - №2. - С. 19 - 82.

Размещено на Allbest.ru

...