© Михаил Ожерельев

В автомобиле имеется достаточно много узлов, где для разделения трущихся поверхностей используются густые мазеобразные продукты, называемые пластичными смазками . О них и пойдет речь.

Пластичные смазки используют для уменьшения трения и износа узлов, в которых создавать принудительную циркуляцию масла нецелесообразно или невозможно. Например, колесные и шкворневые подшипники, шарниры рулевого управления и подвески, карданные и шлицевые соединения и т.д. Раньше этот список был достаточно обширный, а сегодня мы видим, что в автомобиле доля пластичных смазок среди прочих эксплуатационных материалов уменьшается. Причина тому - применение необслуживаемых узлов на основе инновационных конструкционных материалов (например, замена пары трения «втулка-палец» на шарнир из высокомолекулярной резины). Однако там, где использованию мазеобразных продуктов нет альтернативы, к ним сегодня предъявляются самые строгие требования, в том числе и экологического характера. Зачастую происходит так, что для каждого конкретного узла, будь то седельно-сцепное устройство или шарниры подвески кабины, рекомендуется лишь определенная марка эксплуатационного материала. Как выбрать правильный продукт? В этом нам и предстоит разобраться.

И твердые, и жидкие

© Михаил Ожерельев

Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами (графитами, например). При невысокой температуре и отсутствии нагрузки смазка сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо течь - настолько слабо, что зоны трения не покидает и через уплотнения не просачивается.

© Михаил Ожерельев

Основные функции пластичных смазок не отличаются от тех, что возлагаются на жидкие масла. Все то же самое: снижение износа, предотвращение задиров, защита от коррозии. Специфика лишь в области применения: пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения; возможность использования в негерметизированных и даже в открытых узлах, где имеется вынужденный контакт с влагой, пылью либо агрессивными средами; способность прочно держаться на смазываемых поверхностях. Очень важным свойством пластичных смазок является длительный срок эксплуатации. Некоторые современные продукты практически не изменяют своих показателей качества за весь период работы в узле трения и поэтому могут закладываться одноразово, при сборке.

Если говорить об общих недостатках мазеобразных субстанций, то в первую очередь следует обратить внимание на отсут­ствие охлаждения (отвода теплоты) и выноса продуктов износа из зоны трения. К слову, возможно поэтому некоторые автопроизводители, разрабатывая такие узлы, как, например, колесные ступицы, нередко отдают предпочтение трансмиссионным маслам.

© Михаил Ожерельев

Самая простая пластичная смазка состоит из двух компонентов: масляной основы (минеральной или синтетической) и загустителя, под действием которых масло становится малоподвижным. Загуститель - каркас смазки. Упрощенно его можно сравнить с поролоном, удерживающим своими ячейками жид­кость. Чаще всего в качестве загустителя, содержание которого может составлять от 5 до 30% от массы продукта, используют кальциевые, литиевые или натриевые мыла (соли высших жирных кислот). Наиболее дешевы кальциевые смазки, получаемые загущением индустриальных минеральных масел кальциевыми мылами, - солидолы. Когда-то они были настолько общеупотребительными, что слово «солидол» стало обиходным обозначением пластичной смазки вообще, хотя это не совсем корректно. Солидолы не растворяются в воде и обладают очень высокими противоизносными действиями, однако нормально функционируют лишь в узлах с рабочей температурой до 50–65 °С, что очень ограничивает их применение в современных автомобилях. А наиболее универсальны литолы - смазки, полученные загущением нефтяных и синтетических масел литиевыми мылами. Они имеют очень высокую температуру каплепадения (около +200 °С), исключительно влагостойки и работоспособны практически в любых нагрузочных и тепловых режимах, что позволяет использовать их практически везде, где требуется пластичная смазка.

© Михаил Ожерельев

Также в качестве загустителя могут применяться углеводороды (парафин, церезин, петролатум) или неорганические соединения (глины, силикагели). Глиняный загуститель, в отличие от мыльного, не размягчается при высоких температурах, поэтому его часто можно найти в составе тугоплавких смазок. А вот углеводородные загустители используются в основном для производства консервационных материалов, поскольку их температура плавления не превышает 65 °С.

Помимо основы и загустителя в состав смазки включают присадки, наполнители и модификаторы структуры. Присадки практически те же, что используются в товарных маслах (моторных и трансмиссионных), они представляют собой маслорастворимые поверхностно-активные вещества и составляют 0,1–5% от массы смазки. Особое место в пакете присадок занимают адгезионные, то есть клейкие компоненты - они усиливают действие загустителя и повышают способность смазки держаться на металле. Чтобы подстраховать работу смазки в предельном тепловом и нагрузочном режиме, иногда в нее вводят твердые и нерастворимые в масле наполнители - как правило, дисульфит молибдена и графит. Такие добавки обычно придают смазке специфический цвет, например, серебристо-черный (дисульфит молибдена), синий (фталоцианид меди), черный (углерод-графит).

© Михаил Ожерельев

Свойства и стандарты

Область применения смазки определяется большим набором показателей, среди которых предел прочности при сдвиге, механическая стабильность, температура каплепадения, термическая стабильность, водостойкость и т.п. Но роль наиболее важных характеристик отводится температуре каплепадения и уровню пенетрации. По сути, именно эта пара является выходным параметром для оценки смазки.

Температура каплепадения показывает, до каких пределов можно нагреть смазку, чтобы она не превратилась в жидкость и, следовательно, не потеряла своих свойств. Измеряют ее очень просто: кусочек смазки определенной массы нагревают равномерно со всех сторон, плавно повышая температуру до тех пор, пока с него не упадет первая капля. Граница каплепадения смазки должна быть на 10–20 градусов выше максимальной температуры нагрева узла, в котором она используется.

© Михаил Ожерельев

Термин «пенетрация» (проникновение) своим появлением обязан методу измерения - показатель густоты полужидких тел определяется в приборе, называемом пенетрометром. Для оценки консистенции металлический конус стандартного размера и формы под собственным весом в течение 5 с погружают в смазку, нагретую до температуры 25°С. Чем мягче смазка, тем глубже войдет в нее конус и тем выше ее пенетрация, и наоборот, более твердые смазки характеризуются меньшим числом пенетрации. К слову, подобные тесты используются не только при производстве смазок, но и в лако­красочном бизнесе.

© Михаил Ожерельев

Теперь о стандартах. Согласно общепринятой классификации смазки принято различать по области применения и густоте. В соответствии с областью применения смазки делятся на четыре группы: антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные. Первая группа разделена на подгруппы: смазки общего назначения, многоцелевые смазки, термостойкие, низкотемпературные, химически стойкие, приборные, автомобильные, авиационные. Применительно к транспортной сфере наибольшее распространение получили антифрикционные смазки: многоцелевые (Литол-24, Фиол-2У, Зимол, Лита) и специальные автомобильные (ЛСЦ-15, Фиол-2У, ШРУС-4).

© Михаил Ожерельев

Чтобы различать продукты по консистенции, во всем мире используется американ­ская классификация NLGI (National lubricating Grease Institute), которая делит смазки на 9 классов. Критерием деления является уровень пенетрации. Чем выше класс, тем гуще продукт. Пластичные смазки, используемые в автомобилях, чаще относятся ко второму, реже - к первому классу. Для полужидких продуктов, рекомендованных к использованию в системах централизованной смазки, выделено два обособленных класса. Они обозначаются кодами 00 и 000.

© Михаил Ожерельев

Раньше в нашей стране наименование смазок устанавливали произвольно. В результате одни смазки получили словесное название (Солидол-С), другие - номерное (№158), третьи - обозначение создавшего их учреждения (ЦИАТИМ-201, ВНИИНП-242). В 1979 году был введен ГОСТ 23258-78, согласно которому наименование смазки должно состоять из одного слова и буквенно-цифрового индекса (для различных модификаций). Отечественные нефтехимики этого правила придерживаются и сегодня. Что же касается импортной продукции, то за рубежом в настоящее время отсутствует единая для всех производителей классификация по эксплуатационным показателям. Большинство европейских производителей руководствуются немецким стандартом DIN-51 502, который устанавливает обозначение пластичных смазок, отображающее сразу несколько характеристик: назначение, тип базового масла, набор присадок, класс NLGI и диапазон рабочих температур. Например, обозначение K PHC 2 N-40 говорит о том, что данная пластичная смазка предназначена для смазывания подшипников скольжения и качения (литера К), содержит в своем составе противоизносные и противозадирные присадки (Р), произведена на базе синтетического масла (НС) и относится ко второму классу консистенции по NLGI (цифра 2). Максимальная температура применения такого продукта составляет +140 °С (N), а нижний эксплуатационный предел ограничен планкой –40 °С.

© Михаил Ожерельев

Некоторые мировые производители применяют свои собственные структуры обозначений. Скажем, система обозначения пластичных смазок Shell имеет следующую структуру: марка - «суффикс 1» - «суффикс 2» -
класс NLGI. К примеру, продукт Shell Retinax HDX2 расшифровывается как смазка с очень высокими эксплуатационными характеристиками для агрегатов, работающих в чрезвычайно тяжелых условиях (HD), содержащая дисульфит молибдена (X) и относящаяся ко второму классу консистенции NLGI.

Часто на этикетках зарубежных продуктов присутствует сразу два обозначения: собственная маркировка и код по стандарту DIN. По аналогии с жидкими маслами наиболее полные требования к эксплуатационным материалам отражаются в спецификациях автопроизводителей или производителей компонентов (Willy Vogel, British Timken, SKF). Номера соответствующих допусков также наносятся на этикетку смазочного материала рядом с обозначением его эксплуатационных свойств, но основная информация о рекомендованных к применению продуктах и сроках их замены содержится в руковод­стве по обслуживанию транспортного средства.

© Михаил Ожерельев

Смазки разных производителей (даже одинакового назначения) смешивать нельзя, так как они могут содержать разные по химическому составу присадки и другие компоненты. Также нельзя смешивать продукты с различными загустителями. Например, при смешивании литевой смазки (Литол-24) с кальциевой (солидол) смесь получает самые худшие эксплуатационные свойства. Из предлагаемых на рынке автомобильных пластичных смазок наиболее целесообразно выбирать те, которые рекомендованы изготовителем автомобиля.

Пластичные смазки использовались еще в XIV веке до н.э. египтянами для осей деревянных колесниц. Изготавливали их из оливкового масла, смешивая его с известью. Современные смазки представляют собой многокомпонентные структуры, отвечающие многим, зачастую противоречивым требованиям, которые выдвигает специфика работы различных узлов. Пластичные смазки используют для уменьшения трения и износа узлов, в которых создавать принудительную циркуляцию масла нецелесообразно или невозможно. Легко проникая в зону контакта трущихся деталей, смазки удерживаются на трущихся поверхностях, не стекая с них, как это происходит с маслом. Смазки применяются также в качестве защитных или уплотнительных материалов.

Пластичные смазки использовались еще в XIV веке до н.э. египтянами для осей деревянных колесниц. Изготавливали их из оливкового масла, смешивая его с известью. Современные смазки представляют собой многокомпонентные структуры, отвечающие многим, зачастую противоречивым требованиям, которые выдвигает специфика работы различных узлов.
Пластичные смазки используют для уменьшения трения и износа узлов, в которых создавать принудительную циркуляцию масла нецелесообразно или невозможно. Легко проникая в зону контакта трущихся деталей, смазки удерживаются на трущихся поверхностях, не стекая с них, как это происходит с маслом. Смазки применяются также в качестве защитных или уплотнительных материалов.

Достоинства и недостатки смазок.

К достоинствам следует отнести способность удерживаться, не вытекать и не выдавливаться из негерметизированных узлов трения, более широкий, чем у масел, температурный диапазон применения. Перечисленные достоинства позволяют упростить конструкцию узлов трения, следовательно, уменьшить их металлоемкость и стоимость. Некоторые смазки обладают хорошей герметизирующей способностью и хорошими консервационными свойствами.

Основными недостатками являются удержание продуктов механического и коррозионного износа, которые увеличивают скорость разрушения трущихся поверхностей, и плохой отвод тепла от смазываемых деталей.

Состав пластичных смазок.

Масло является основой смазки, и на него приходится 70–90% от ее массы. Свойства масла определяют основные свойства смазки.

Загуститель создает пространственный каркас смазки. Упрощенно его можно сравнить с поролоном, удерживающим своими ячейками масло. Загуститель составляет 8–20% от массы смазки.

Добавки необходимы для улучшения эксплуатационных свойств. К ним относятся:

• присадки - преимущественно те же, что используются в товарных маслах (моторных, трансмиссионных и т. п.). Представляют собой маслорастворимые поверхностно-активные вещества и составляют 0,1–5% от массы смазки;
• наполнители - улучшают антифрикционные и герметизирующие свойства. Представляют собой твердые вещества, как правило, неорганического происхождения, нерастворимые в масле (дисульфид молибдена, графит, слюда и др.), составляют 1–20% от массы смазки;
• модификаторы структуры - способствуют формированию более прочной и эластичной структуры смазки. Представляют собой поверхностно-активные вещества (кислоты, спирты и др.), составляют 0,1-1% от массы смазки.

Основные показатели качества смазок.

• Пенетрация (проникновение) – характеризует консистенцию (густоту) смазки по глубине погружения в нее конуса стандартных размеров и массы. Пенетрация измеряется при различных температурах и численно равна количеству миллиметров погружения конуса, умноженному на 10.
• Температура каплепадения – температура падения первой капли смазки, нагреваемой в специальном измерительном приборе. Практически характеризует температуру плавления загустителя, разрушения структуры смазки и ее вытекания из смазываемых узлов (определяет верхний температурный предел работоспособности не для всех смазок).
• Предел прочности на сдвиг – минимальная нагрузка, при которой происходит необратимое разрушение каркаса смазки и она ведет себя как жидкость.
• Водостойкость – применительно к пластичным смазкам обозначает несколько свойств: устойчивость к растворению в воде, способность поглощать влагу, проницаемость смазочного слоя для паров влаги, смываемость водой со смазываемых поверхностей.
• Механическая стабильность – характеризует тиксотропные свойства, т.е. способность смазок практически мгновенно восстанавливать свою структуру (каркас) послу выхода из зоны непосредственного контакта трущихся деталей. Благодаря этому уникальному свойству смазка легко удерживается в негерметизированных узлах трения.
• Термическая стабильность – способность смазки сохранять свои свойства при воздействии повышенных температур.
• Коллоидная стабильность – характеризует выделение масла из смазки в процессе механического или температурного воздействия при хранении, транспортировке и применении.
• Химическая стабильность – характеризует в основном устойчивость смазок к окислению.
• Испаряемость – оценивают количество масла, испарившегося из смазки за определенный промежуток времени, при нагреве до максимальной температуры применения.
• Коррозионная активность – способность компонентов смазки вызывать коррозию металла узлов трения.
• Защитные свойства – способность смазок защищать трущиеся поверхности металлов от воздействия коррозионно-активной внешней среды (вода, растворы солей и др.).
• Вязкость – определяется величинами потерь на внутреннее трение в смазке. Фактически определяет пусковые характеристики механизмов, легкость подачи и заправки в узлы трения.

Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между маслами и твердыми смазочными материалами (графитами).

Несмотря на отсутствие в качестве критериев разбивки на классы других характеристик смазок, эта классификация признана основополагающей во всех странах. Некоторые производители указывают в документации не только класс смазки, но и уровень пенетрации.

Классификация пластичных смазок.

Следует отметить, что не все нижеперечисленные классификации являются общепринятыми для отечественных и зарубежных производителей.

Классификация по типу масла (основы)

• На нефтяных маслах (полученных переработкой нефти).
• На синтетических маслах (искусственно синтезированных).
• На растительных маслах.
• На смеси вышеперечисленных масел (в основном нефтяных и синтетических).

Классификация по природе загустителя

• Мыльные - это смазки, для производства которых в качестве загустителя применяют мыла (соли высших карбоновых кислот). В свою очередь, их подразделяют на натриевые (созданы в 1872 г.), кальциевые и алюминиевые (созданы в 1882 г.), литиевые (созданы в 1942 г.), комплексные (например, комплексные кальциевые, комплексные литиевые) и др. На мыльные приходится более 80% всего производства смазок.
• Углеводородные - смазки, для производства которых в качестве загустителя используются парафины, церезины, петролатумы и др.
• Неорганические - смазки, для производства которых в качестве загустителя используются силикагели, бентониты и др.
• Органические - смазки, для производства которых в качестве загустителя используются сажа, полимочевина, полимеры и др.

Классификация по области применения .В соответствии с ГОСТом 23258-78 смазки делятся на следующие группы.

• Антифрикционные - снижают силу трения и износ различных трущихся поверхностей.
• Консервационные - предотвращают коррозию металлических поверхностей механизмов при их хранении и эксплуатации.
• Уплотнительные - герметизируют и предотвращают износ резьбовых соединений и запорной арматуры (вентили, задвижки, краны).
• Канатные - предотвращают износ и коррозию стальных канатов.

В свою очередь, антифрикционная группа делится на подгруппы: смазки общего назначения, многоцелевые смазки, термостойкие, низкотемпературные, химически стойкие, приборные, автомобильные, авиационные и т.д.

В автомобилях наибольшее распространение получили антифрикционные смазки многоцелевые (Литол-24, Фиол-2М, Зимол, Лита) и антифрикционные смазки автомобильные (ЛСЦ-15, Фиол-2У, ШРБ-4, ШРУС-4, КСБ, ДТ-1, № 158, ЛЗ-31).

Классификация смазок по консистенции (густоте).

Разработана NLGI (Национальный институт смазочных материалов США). Согласно этой классификации смазки делят на классы в зависимости от уровня пенетрации (см. выше) - чем больше численное значение пенетрации, тем мягче смазка. Классификация NLGI пластичных смазок по консистенции приведена в табл. 8.1 (соответствует сортам по DIN 51818. DIN - Институт стандартов Германии).

Наименование смазок.

В бывшем СССР до 1979 г. наименования смазок устанавливали произвольно. В результате одни смазки получили словесное название (Солидол-С), другие - номер (№ 158), третьи - обозначение создавшего их учреждения (ЦИАТИМ-201, ВНИИНП-242). В 1979 г. был введен ГОСТ 23258-78 (действующий в настоящее время в России), согласно которому наименование смазки должно состоять из одного слова и цифры.

За рубежом фирмы-производители вводят наименование смазок произвольно из-за отсутствия единой для всех классификации по эксплуатационным показателям (за исключением классификации по консистенции). Это привело к появлению огромного ассортимента пластичных смазок (по различным оценкам несколько тысяч наименований).

План лекции

1. Классификация и обозначение пластичных смазок.

2. Общие требования к пластичным смазкам для узлов автомобилей.

3. Свойства смазок и методы их оценки.

4. Производство пластичных смазок.

5. Ассортимент смазок, их применение и взаимозаменяемость.

1. Классификация и обозначение пластичных смазок

Для смазки ряда механизмов и деталей автомобиля используют густые мазеобразные продукты – пластичные смазки. Пластичной смазкой называют систему, которая при малых нагрузках проявляет свойства твердого тела; при некоторой критической нагрузке смазка начинает пластично деформироваться (течь подобно жидкости) и после снятия нагрузки вновь приобретать свойства твердого тела.

Смазки по своему составу является сложными веществами. В простейшем случае они состоят из двух компонентов – масляной основы (дисперсионная среда) и твердого загустителя (дисперсная фаза).

В качестве масляной основы смазок используют различные масла нефтяного и синтетического происхождения. Загустителями, образующими твердые частицы дисперсной фазы, могут быть вещества органического и неорганического происхождения (мыла жирных кислот, парафин, силикагель, бетонит, сажа, органические пигменты и т.п.). Размеры частиц дисперсной фазы очень малы – 0,1-10 мкм. Наиболее характерная форма частиц загустителя – мелкие шарики, ленты, пластинки, иголки, сростки кристаллов и др.

Добавки необходимы для улучшения эксплуатационных свойств смазок. К ним относятся:

- присадки – малорастворимые ПАВ (тоже, что и в моторных маслах). Не более 5 %;

наполнители , улучшающие антифрикционные и герметизирующие свойства (дисульфид молибдена, графит, слюда и др.). Наполнители составляют 1-20 % массы смазки;

модификаторы структуры , способствующие формированию более прочной и эластичной структуры смазки. Это ПАВ (кислоты, спирты и др.) и составляют 0,1 –1 % массы смазки.

Для большинства смазок на долю дисперсионной среды – жидкого масла приходится от 70 до 90 % массы смазок. От вязкости дисперсионной среды во многом зависят вязкостные характеристики смазок, например, прокачиваемость смазки при низких температурах. От вязкости дисперсионной среды смазок зависит в основном сопротивление вращению в таком важном узле трения, как подшипник качения.

Для производства смазок применяют мало - и средневязкие нефтяные масла и редко – синтетические. В РФ до 80% смазок готовят на маслах вязкостью не более 50 мм 2 /с при 50 °С. Смазки, приготовленные на маловязких маслах, можно применять при –60 °С. Вязкие масла применяют в основном для производства консервационных, а также некоторых сортов; термостойких смазок.

В смазки специального назначения (уплотнительные, резьбовые, для рессор и т.п.) применяют наполнители – графит, дисульфид молибдена. Наполнители увеличивают прочность смазки, препятствуют выдавливанию её из узлов трения.

В процессе эксплуатации автомобилей наибольшее применение получили мыльные и углеводородные смазки.

Загустителями в мыльных смазках являются мыла. Известны смазки загущенные мылами лития, натрия, кальция, цинка, стронция, бария, алюминия, применяют широко только кальциевое, литиевые, натриевые, бариевые и алюминиевые смазки.

Углеводородные смазки получают сплавлением нефтяных масел с твердыми углеводородами – парафином, церезином. Эти смазки занимают исключительное место среди консервационных (защитных) смазок благодаря их невысокой температуре плавления и обратимости структуры. Они абсолютно нерастворимы в воде и не проводят через себя водяные пары. Их можно наносить на металлические детали и поверхности, окуная в расплавленную смазку при 60-120 °С, распыливанием, при помощи кисти и т.д. Тонкий слой смазки (около 0,5 мм) надежно защищает поверхность от проникновения воды и пара.

В соответствии с классификацией (ГОСТ 23258-78) смазки разделены на четыре группы: антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные.

Антифрикционные смазки делятся на подгруппы, обозначаемые индексами: С – общего назначения для обычной температуры (до 70 °С); О – для повышенной температуры (до 110 °С); М – многоцелевые, работоспособны от -30 до +130 °С в условиях повышенной влажности; Ж – термостойкие (150 °С и выше); Н – морозостойкие (ниже –40 °С); И – противозадирные и противоизносные; П – приборные; Д – приработочные (содержат дисульфид молибдена); Х – химически стойкие.

Консервационные (защитные) смазки, предназначенные для предотвращения коррозии металлических поверхностей при хранении и эксплуатации механизмов, обозначаются индексом 3.

Канатные – индексом К.

Уплотнительные смазки делятся на три группы: арматурные – А, резьбовые – Р, вакуумные – В.

В обозначении еще указывают :

тип загустителя (обозначают первыми двумя буквами входящего в; состав мыла металла: Ка – кальциевое. На – натриевое. Ли – литиевое, Ли-Ка – смешанное);

В табл. 1 представлены виды загустителей для различных смазок.

Таблица 1

Марки смазок и виды загустителей

рекомендуемый температурный диапазон применения (указывают дробью – в числителе уменьшенная в 10 раз без знака минус минимальная температура, в знаменателе - уменьшенная в 10 раз максимальная температура применения);

дисперсионную среду (обозначают строчными буквами: у – синтетические углеводороды, к – кремнийорганические жидкости, г – добавка графита, д – добавка дисульфида молибдена.

консистенцию (густоту), которую обозначают условным числом от 0 до 7.

Классификация смазок по консистенции (густоте) разработана Национальным институтом смазочных материалов США (NLGI). Согласно этой классификации смазки делятся на классы в зависимости от уровня пенетрации – чем выше численное значение пенетрации , тем мягче смазка. Класс 000, 00 – очень мягкая, аналогична очень вязкому маслу; класс 0, 1 – мягкая; класс 2 – вазелинообразная; класс 3 – почти твердая; класс 4,5 – твердая; класс 6 – очень твердая, мылообразная.

При выборе смазки лучше руководствоваться рекомендациями завода-изготовителя автомобиля.

Автомобильный транспорт является одним из основных потребителей пластичных смазок – около 25 % от общего производства.

В качестве примера можно привести классификационное обозначение по ГОСТ 23858-79 товарной литиевой смазки литол-24:

М Ли 4/13-3 – смазка многоцелевая антифрикционная, работоспособна в условиях повышенной влажности (М), загущена литиевым маслом (Ли). Рабочий диапазон температур составляет –40...+130°С (4/13). Отсутствие индекса дисперсионной среды означает, что смазка приготовлена на нефтяном масле. Цифра 3 характеризует консистенцию смазки.

Пластичные смазки – распространенный вид смазочных материалов, представляющих собой высокоструктурированные тиксотропные дисперсии твердых загустителей в жидкой среде. Как правило, смазки – это трехкомпонентные коллоидные системы, содержащие дисперсионную среду – жидкую основу (70-90%), дисперсную фазу – загуститель (10-15%), модификаторы структуры и добавки – присадки, наполнители (1-15%). В качестве дисперсионной среды смазок используют масла нефтяного и синтетического происхождения, реже их смеси. К синтетическим маслам относятся кремнийорганические жидкости – полисилоксаны, сложные эфиры, полигликоли, фтор- и хлорорганические жидкости. Их применяют преимущественно для приготовления смазок, которые используют в высокоскоростных подшипниках, работающих в широких диапазонах температур и контактных нагрузок. Для более эффективного использования смазок и регулирования их эксплуатационных свойств, например низкотемпературных, смазочной способности, защитных свойств, применяют смеси синтетических и нефтяных масел.

Загустителями служат соли высокомолекулярных жирных кислот – мыла, твердые углеводороды – церезины, петролатумы и некоторые продукты неорганического (бентонит, силикагель) или органического (пигменты, кристаллические полимеры, производные карбамида) происхождения. Наиболее распространенные загустители – мыла и твердые углеводороды. Концентрация мыльного и неорганического загустителя обычно не превышает 15%, а концентрация твердых углеводородов доходит до 25%. Для регулирования структуры и улучшения функциональных свойств в смазки вводят добавки (присадки и наполнители).

Присадки – поверхностно-активные вещества, улучшающие свойства смазок (противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные, ингибиторы окисления, коррозии и другие. Многие присадки являются полифункциональными.)

Наполнители – это высокодисперсные, нерастворимые в маслах материалы, улучшают их эксплуатационные свойства. Наиболее распространены наполнители, характеризующиеся низкими коэффициентами трения: графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда, нитрит бора, сульфиды некоторых металлов, и др.

По сравнению с маслами смазки обладают следующими достоинствами:

малый удельный расход (иногда в сотни раз меньший);

более простая конструкция машин и механизмов (что снижает массу, повышает надежность и ресурс работы);

более продолжительный период <<межсмазочных>> стадий;

значительно меньшие эксплуатационные затраты при обслуживании техники.

Смазки отличаются от жидких смазочных материалов:

они не растрескиваются под действием собственной массы

удерживаются на вертикальной поверхности и не сбрасываются инерционными силами с движущихся деталей.

5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОК

Смазки систематизируют по различным классификационным признакам: консистенции, составу и областям применения (назначению).

По консистенции смазки подразделяют на полужидкие, пластичные и твердые. Пластичные и полужидкие смазки представляют коллоидные системы, состоящие из масляной основы и загустителя, а также присадок и добавок, улучшающих различные свойства смазок. Твердые смазки до 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 характеризуются низким коэффициентом сухого трения.

По составу смазки делятся на четыре группы.

Смазки, для получения которых в качестве загустителя применяют соли высших карбоновых кислот (мыла). Их называют мыльными смазками и в зависимости от катиона мыла подразделяют на литиевые, натриевые, калиевые, кальциевые, бариевые, алюминиевые, цинковые и свинцовые смазки. В зависимости от аниона мыла большинство мыльных смазок одного и того же катиона подразделяют на обычные и комплексные. Чаще других применяют комплексные кальциевые, бариевые, алюминиевые, литиевые и натриевые смазки. Смазки на комплексных мылах работоспособны в более широком интервале температур. Кальциевые смазки в свою очередь подразделяют на безводные, гидратированные (солидолы), стабилизатором структуры которых является вода, и комплексные, адсорбционный комплекс которых образуется высшими жирными кислотами и уксусной кислотой. В отдельную группу мыльных смазок выделяют смазки на смешанных мылах, в которых в качестве загустителя используют смесь мыл (литиевокальциевые, натриево-кальциевые и др.). Вначале указывают тот катион мыла, доля которого в загустителе большая.

Мыльные смазки в зависимости от применяемого для их получения

жирового сырья называют условно синтетическими (анион мыла –

синтетические жирные кислоты) или жировыми (анион мыла – при

родные жиры), например, синтетические или жировые солидолы.

Смазки, для получения которых в качестве загустителя используют термостабильные с хорошо развитой удельной поверхностью высокодисперсные неорганические вещества, называют смазками на неорганических загустителях. К ним относят силикагелевые, бентонитовые, графитные, асбестовые.

Смазки, для получения которых используют термостабильные высокодисперсные с хорошо развитой удельной поверхностью органические вещества, называют смазками на органических загустителях. К ним относят полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые.

Смазки, для получения которых в качестве загустителей используют высокоплавкие углеводороды (церезин, парафин, озокерит, различные природные и синтетические воски), называют углеводородными смазками.

По областям применения смазки в соответствии с ГОСТ подразделяют на: антифрикционные, снижающие трение и износ в механизмах; консервационные, защищающие металлические изделия от коррозии; уплотнительные, герметизирующие зазоры в оборудовании и механизмах; канатные, используемые для смазывания стальных канатов. В свою очередь антифрикционные смазки подразделяют на смазки общего назначения для обычных и повышенных температур, многоцелевые, высокотемпературные, низкотемпературные, морозостойкие, отраслевые (автомобильные, железнодорожные, индустриальные), специальные, приборные и т. п. Уплотнительные смазки подразделяют на резьбовые, арматурные, вакуумные и т. д.

5.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СМАЗОК

Прочностные свойства. Частицы загустителя образуют в масле структурый каркас, благодаря которому смазки в состоянии покоя обладают пределом прочности на сдвиг. Предел прочности – это минимальная нагрузка, при приложении которой происходит необратимая деформация (сдвиг) смазки. Благодаря наличию предела прочности смазки не стекают с наклонных и вертикальных поверхностей, не вытекают из негерметизированных узлов трения. При приложении нагрузки, превышающей предел прочности, смазки начинают деформироваться, а при нагрузке ниже предела прочности они подобно твердым телам проявляют упругость.

Для определения предела прочности смазок предложены разные методы, основанные на осевом сдвиге коаксиальных цилиндров, на вырывании из смазки шурупа или пластины, на сдвиге смазки в оребренном капилляре и др. Наиболее распространенным методом является оценка прочности смазок на пластометре К-2. Сдвиг смазки осуществляется в специальном оребренном капилляре под давлением термически расширяющейся жидкости. Для большинства смазок предел прочности при температуре 20 о С лежит в пределах 100 – 1000 Па.

Вязкостные свойства. Вязкость определяет прокачиваемость смазок при низких температурах, стартовые характеристики и сопротивление вращению при установившихся режимах работы, а также возможность заправки узлов трения. В отличие от масел вязкость смазок зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига. пРи увеличении скорости деформации вязкость резко снижается, поэтому обычно говорят об эффективной вязкости смазок при данном градиенте скорости и при постоянной температуре.

Увеличение концентрации и степени дисперсности загустителя приводит к повышению вязкости смазки. На вязкость смазки влияет также вязкость дисперсионной среды и технология их приготовления.

Для определения вязкости смазок используют капиллярные вискозиметры – АКВ-2 или АКВ-4, ротационные вискозиметры – ПВР-1 и реотесты.

Механическая стабильность (тиксотропные превращения смазок). При эксплуатации смазок в узлах трения уменьшаются их предел прочности и вязкость с последующим возрастанием этих показателей после прекращения механического воздействия. Такие дисперсные системы, самопроизвольно восстанавливающиеся, называют тиксотропными.

Тиксотропными свойствами обладают только такие смазки, которые после разрушения способны восстанавливаться.

Механическая стабильность смазок зависит от типа загустителя, размеров, формы и прочности связи между дисперсными частицами. Уменьшение размеров частиц загустителя (до определенных пределов) способствует улучшению механической стабильности смазок.

Оценка механической стабильности смазок основана на их разрушении в ротационном приборе – тиксометре (при стандартных условиях) – и определении изменения их механических свойств в процессе разрушения или непосредственно после его окончания. Механическая стабильность оценивается по специальным коэффициентам, которые рассчитывают по изменению предела прочности смазки на разрыв: К р – индекс разрушения, К в – индекс тиксотропного восстановления.

Пенетрация – это эмпирический показатель, лишенный физического смысла, не определяющий поведение смазок в условиях эксплуатации, но широко применяемый при нормировании их качества. Под пенетрацией понимают глубину погружения конуса (стандартного веса, в течение 5с) в смазку при 25 о С. Например, если смазка имеет пенетрацию 260, то, значит, конус погрузился в нее на 26 мм. Чем мягче смазка, тем глубже в нее погружается конус и тем выше пенетрация. Смазки с различными реологическими свойствами могут иметь одинаковую пенетрацию, что приводит к неверным представлениям об эксплуатационных свойствах смазок. Пенетрация как быстро определяемый показатель в производственных условиях позволяет судить об идентичности рецептуры и соблюдении технологии изготовления смазки. Число пенетрации смазок колеблется.

Температура каплепадения – это минимальная температура, при которой падает первая капля смазки, нагреваемой в определенных условиях. Температура каплепадения является эмпирическим показателем, зависящим от условий определения. Она условно характеризует температуру плавления загустителя смазки, однако не позволяет правильно судить о –ее высокотемпературных свойствах. Так, температура каплепадения литиевых смазок обычно 180 – 200 о С, а верхний температурный предел их работоспособности не превышает 120 – 130 о С.

Коллоидная стабильность смазок характеризует их способность в минимальной степени выделять масло при хранении и эксплуатации. Выделение масла может происходить самопроизвольно (под действием собственной массы смазки), а также ускоряться или замедляться под влиянием температуры и давления.

Коллоидная стабильность смазок зависит от степени совершенства структурного каркаса, которая, в свою очередь, определяется размерами, формой и прочностью связей структурных элементов. Значительное влияние на коллоидную стабильность смазок оказывает вязкость дисперсионной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки.

Оценка коллоидной стабильности смазок основана на ускорении отделения масла при механическом воздействии, давлении центробежных сил, фильтровании под вакуумом и других факторов. Самым простым и удобным является механическое отпрессовывание масла из некоторого объема смазки, помещенной между слоями фильтровальной бумаги (прибор КСА). Коллоидная стабильность оценивается по объему масла, отпрессованного из смазки при комнатной температуре в течение 30 мин и выражается в процентах; для смазок она не должна превышать 30%.

Химическая стабильность. Под химической стабильностью обычно понимают стойкость смазок против окисления кислородом воздуха. Окисление приводит к разупрочнению, ухудшению коллоидной стабильности, понижению температуры каплепадения, смазочной способности и ряда других показателей.

Стабильность против окисления важна для смазок, заправляемых в узлы трения 1 – 2 раза в течение 10 – 15 лет, работают при высоких температурах, в тонких слоях и в контакте с цветными металлами. Медь, бронза,олово, свинец и ряд других металлов и сплавов ускоряют окисление смазок.

Оценка химической стабильности смазок основана на ускоренном окислении смазок под действием высоких температур и давлений (кислорода), а также в присутствии катализаторов. Показателями окисления являются изменение к.ч., количество, скорость и индукционный период поглощения кислорода, изменение структуры и свойств смазок.

Имеется несколько способов повышения стойкости смазок против окисления. Это – тщательный подбор масляной основы, выбор типа и концентрации загустителя, варьирование технологией производства. Наиболее перспективный способ-введения в смазки __________ присадок.

Испаряемость. Когда смазка применяется в условиях высоких температур и ее смена производится редко, испаряемость смазок имеет большое значение. Высокая испаряемость может отрицательно сказываться на защитных свойствах слоя смазки при длительном хранении покрытых ею изделий, особенно в жарком климате.

Некоторые смазки работают в условиях вакуума, где процесс испарения идет особенно интенсивно. При отсутствии движения воздуха испаряемость замедляется, и в замкнутом пространстве (например, в металлических бидонах, банках) испарение практически не происходит.

При испарении масла смазки растрескиваются, на поверхности слоя появляются корочки; при сильном испарении остаются только мыла, образующие сухие слои, не обладающие защитными и антифрикционными свойствами. Испарение масла из низкотемпературных смазок ухудшает их морозостойкость; высохшие смазки не обеспечивают работу механизмов при низких температурах.

Испаряемость смазок зависит от фракционного состава масла, входящего в их состав. Значительно быстрее высыхают смазки, приготовленные на масле МВП, медленнее – приготовленные на маслах индустриальных 12 и 20, еще медленнее – на тяжелых авиационных маслах МС-14, МС-20, МК-22 и др.

АССОРТИМЕНТ СМАЗОК

Ассортимент смазок включает более 200 наименований. Пластичные смазки практически не функциональны, т.е не взаимозаменяемы. Практически каждый узел, каждого отдельного агрегата требует своей смазки. Ассортимент смазок можно классифицировать по областям применения. Но даже в одной группе, нельзя придти к полной унификации смазок. Например, резьбовые смазки для дюймовой резьбы нельзя использовать для метрической и наоборот, и т.д.

Пластичные смазки имеют ряд преимуществ перед маслами: удерживаются в открытых узлах трения, имеют более продолжительный срок работы, ввиду меньшего расхода снижается общая стоимость использования смазочного материала. К недостаткам пластичных смазок можно отнести их высокую стоимость, сложность производства и неуниверсальность.

Пластические смазки состоят из двух компонентов: жидкой основы (минеральные, растительные, синтетические и другие масла) и загустителя (твёрдые углеводороды, различные соли высокомолекулярных жирных кислот – мыла, высокодисперсные силикагели и бентониты, другие продукты органического и неорганического происхождения). В своём составе содержат присадки , улучшающие эксплуатационные характеристики. В состав смазок вводят различные наполнители : графит, дисульфид молибдена, порошкообразные металлы или их окислы, слюду и др. Мыла – это соли высших жирных кислот, включающие ионы щелочных металлов (кальция, натрия).

Работа пластичной смазки

Загуститель – металлическое мыло, образует ёмкость для масла. Мыло образует решётчатый волоконный каркас, заполненный маслом. Выдавливание масла из этой губки происходит под воздействием механических сил и температур. Благодаря наличию структурного каркаса пластичные смазки ведут себя при небольших нагрузках как твёрдые тела (под действием собственного веса не растекаются, удерживаются на наклонных и вертикальных плоскостях), а под воздействием нагрузок, превышающих прочность структурного каркаса, текут подобно маслам. Однако, при снятии нагрузки, течение смазки прекращается и она вновь приобретает свойства твёрдого тела.

Преимущества пластичных смазок:

• способность удерживаться в негерметичных узлах трения;
• работоспособность в широких температурном и скоростном диапазонах;
• лучшая смазывающая способность;
• более высокие защитные свойства от коррозии;
• работоспособность в контакте с водой и другими агрессивными средами;
• большая экономичность.

Недостатки пластичных смазок:

• плохая охлаждающая способность;
• более высокая склонность к окислению;
• сложность подачи к узлу трения.

В зависимости от загустителя различают:

• кальциевые;
• натриевые;
• литиевые;
• синтетические.

В зависимости от температуры каплепадения различают:

• низкотемпературные;
• среднетемпературные;
• высокотемпературные.

По назначению пластичные смазочные материалы бывают:

• антифрикционные;
• защитные;
• уплотнительные.

Характеристики пластичных смазок:

1. Температура каплепадения – это температура, при которой от смазки, нагретой в стандартных условиях, выделяется первая капля масла. Эта температура должна быть больше на 10…20 °С температуры узла трения. Диапазон работы традиционных пластичных смазочных материалов – от -30 °С до +140 °С. Температура каплепадения: литиевых смазок – +170…+200 °С, комплексных кальциевых и бариевых – +230…+260 °С. Верхний температурный предел работоспособности литиевых смазок лежит в пределах +110…+130 °С, а комплексных кальциевых – +150…+160 °С.
2. Консинстенция характеризует степень жёсткости пластичных смазок. Её измеряют стандартными пенетрометрами, погружая в смазочный материал тарированный конус. Глубина погружения (в сотых долях сантиметра) за 5 секунд при температуре +25 °C называется числом пенетрации . Чем больше это число, тем меньше консистентность смазки. Высокое число пенетрации – смазка мягкая, низкое число – смазка жёсткая. С повышением температуры плотность пластичных смазок уменьшается. Чтобы установить характер такого изменения, число пенетрации определяют при +25 °С, +50 °С, +75 °С. Для работы в узлах трения со значительными тепловыми колебаниями выбирают материал с более пологой кривой пенетрации. Этот показатель можно использовать при оценке единообразия различных партий смазки.
3. Вязкость характеризует течение смазки после нарушения связей в её структурном каркасе в результате приложения критической нагрузки. Вязкость смазок зависит от температуры и от условий течения, то есть скорости деформации. С повышением температуры и увеличением скорости деформации вязкость смазок уменьшается. Особенно чувствительна вязкость смазок к изменению скорости деформации. Вязкость смазки определяет условия заправки в узлы трения при низких температурах, влияет на пусковые и установившиеся моменты сдвига подшипников, характеризует прокачиваемость по мазепроводам.
4. Наличие воды в смазке приводит к коррозии деталей узлов трения. Максимальное наличие воды: в кальцевых смазках – не выше 4%, в натриевых – не выше 0,5%, в защитных – наличие воды не допускается.
5. Испаряемость определяется в процентах улетучившегося масла при заданной температуре в строго регламентированное время. Потеря масла из-за испаряемости приводит к относительному повышению содержания загустителя в смазке и увеличению предела прочности, вязкости, а также изменению других эксплуатационных свойств смазок.
6. Водостойкость – способность смазок не растворяться в воде, не поглощать её из окружающей среды, не смываться и не изменять значительно своих свойств при контакте с ней. Стандартного метода определения водостойкости нет. При необходимости, в каждом отдельном случае в нормативно-техническую документацию записывают определённую методику (кипячение в горячей воде, смываемость с вращающегося подшипника или пластины).
7. Несущая способность смазывающей плёнки учитывает критическую температуру разрушения смазывающей плёнки, критическое давление, пластифицирующее действие и адгезионные силы, антифрикционные и противоизносные свойства, противозадирные и другие характеристики. Смазки в своем составе содержат поверхностно-активные вещества, поэтому их смазочная способность значительно выше, чем масла наполнителя. Несущую способность смазывающей плёнки смазок в граничном слое оценивают по результатам испытаний на трение и износ, к числу которых относится также метод оценки противоизносных и противозадирных свойств на четырехшариковой машине трения.
8. Антикоррозионные свойства характеризуют коррозионное действие смазки на металлы. Определяют методом погружения металлических пластин в смазку, выдержку в ней при заданной температуре с последующим визуальным определением наличия на пластине следов коррозионного воздействия. Появление коррозионных пятен на пластинах, значительное их потемнение, изменение цвета и внешнего вида смазки в зоне контакта с пластинами указывает на недостаточную антикоррозионную стабильность смазки.
9. Механические примеси при эксплуатации пластичных смазочных материалов не допускаются.
10. Наличие кислот и щелочей . Наличие кислот не допускается. Оптимальным является нейтральный состав. Щёлочь (до 0,2%) в смазке допускается для связывания кислот, образующихся при эксплуатации.

Типы пластичных смазок

Кальцевые (солидолы) – влагостойкие, могут содержать до 4% влаги, имеют хорошую механическую стабильность, имеют низкий коэффициент внутреннего трения, смешиваясь с водой, не образуют эмульсии. Используются в условиях высокой влажности при температуре -30…+55 °С. Расплавляясь, теряют содержащуюся в них воду, после охлаждения не восстанавливают свои физико-химические свойства.

Натриевые – чувствительны к влаге, соединяясь с водой, образуют эмульсию и выделяют коррозирующие щелочи и кислоты. Применяются при отсутствии контакта с водой при температуре -30…+150 °С. Обладают хорошей маслянистостью, хорошими уплотняющими свойствами и восстанавливают свои характеристики после расплавления.

Кальциево-натриевые – по влагостойкости и температурному диапазону занимают промежуточное место. Они эффективны для применения в условиях небольшой влажности при температуре 0…+110 °С.

Литиевые – в основе лежит литиевое мыло, имеющее положительные свойства кальциевых и натриевых смазок, но без их недостатков. Имеют хорошую маслянистость, отличную температурную устойчивость. Применяются при температуре -50…+150 °С при возможности проникновения воды.

Смазки с синтетическими маслами – в качестве масла используют полиальфаолефины эфирных и силиконовых масел, которые отличает большая устойчивость против старения, чем у минеральных масел. Загустители – литиевое мыло, бентонит. Имеют очень малые потери на трение и работают при температуре -70…+150 °С.

Краткий ассортимент пластичных смазок приведен в .

Таблица 5.2 – Ассортимент пластичных смазок

Присадки к пластическим смазкам

Антикоррозийные – используют при работе во влажной среде, при консервации и при хранении.

Антиокислительные – замедляют окисление при высокой температуре.

Антизадирные – соединения фосфора, хлора и серы повышают несущую способность смазочного слоя, иногда отрицательно влияют на подшипниковую сталь.

Маркировка пластичных смазок

Маркировка пластичных смазок обозначается буквами в следующем порядке:

1. Область применения:
   • У – универсальная;
   • И – индустриальная;
   • П – прокатная;
   • А – автотракторная;
   • Ж – железнодорожная;
2. Наименование группы (для универсальных смазок):
   • Н – низкотемпературная;
   • С – среднеплавкая;
   • Т – тугоплавкая;
3. Марка и специфические свойства:
   • М – морозостойкая;
   • В – влагостойкая;
   • З – защитная;
   • К – канатная.

Примеры маркировки:

• смазка УНЗ (универсальная, низкоплавкая, защитная);
• смазка УСС-1 (универсальная, среднеплавкая, синтетическая).