В зависимости от режима и условий работы различают несколько видов изнашивания:
– механическое, возникающее вследствие механических воздействий;
– коррозионно-механическое, имеющее место при химическом или электрохимическом взаимодействии материала пары трения со смазочной средой, протекающем при механических воздействиях;
– абразивное, происходящее в результате режущего или царапающего действия на материал трущейся пары твердых частиц – абразива, попадающего в зону контакта;
– усталостное (осповидный износ, или питтинг) происходит при воздействии ударных нагрузок и деформировании микрообъемов трущихся тел.
Известно, что износ можно существенно снизить, если трущиеся поверхности разделить некоторой прослойкой, которая способна снизить трение и взаимный нагрев деталей. Такой прослойкой, как правило, служит смазочный материал: жидкое масло либо пластичная (консистентная) смазка.
Правильное смазывание трущихся поверхностей является основой нормальной работы поршней, цилиндров, подшипников, валов, втулок, шестерен и других деталей машин.
В большинстве случаев смазывание агрегатов, в которых детали перемещаются с высокими скоростями (двигателей внутреннего сгорания, различных шестеренчатых редукторов, турбин), осуществляется с помощью масел, а тихоходные осевые подшипники и многие редукторы (например, червячные) заполняются долговременными пластичными смазками.
5.2. Общие сведения о машинных маслах
Как известно, любое современное масло состоит из масляной основы (базы) и пакета функциональных присадок, при помощи которых продукту придаются те или иные необходимые свойства. Различают два подхода к классификации смазочных масел: по происхождению (способу получения) масляной основы и по назначению (способу применения) готового продукта.
По происхождению, то есть в зависимости от типа основы, смазочные масла подразделяются на минеральные (в качестве основы используются минеральные, то есть нефтяные рафинаты, полученные из тяжелых фракций продуктов перегонки нефти) и синтетические (их основы приготовлены на основе синтетических углеводородов или продуктов гидрокрекинга нефти). Промежуточную группу составляют так называемые полусинтетические смазочные масла, в состав которых могут входить и минеральные, и синтетические вещества.
Часто рецептура масла объявляется технической и коммерческой тайной производителя, хотя общие принципы построения этой рецептуры хорошо известны специалистам, а составы пакетов присадок у разных фирм не намного отличаются друг от друга.
На самом деле все гораздо проще: существуют хорошо изученные и апробированные на практике технологические процессы, которыми пользуются все без исключения фирмы для получения тех или иных продуктов.
По назначению смазочные масла подразделяют на моторные, газотурбинные (реактивные), трансмиссионные, индустриальные и масла различного назначения.
Моторные масла – это группа смазочных масел, предназначенных для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания.
К газотурбинным относят масла, предназначенные для смазывания двигателей внешнего сгорания – газотурбинных установок.
Трансмиссионными называют масла, используемые для смазывания цилиндрических, конических, спирально-конических и гипоидных передач, зубчатых редукторов, а также некоторых других трущихся силовых соединений (шарниров и т. п.). Трансмиссионные масла, в свою очередь, подразделяют на масла для механических, гидромеханических и гидростатических передач.
К этой группе относят также осевые и редукторные масла.
В группу индустриальных обычно включают масла, используемые для смазывания агрегатов и механизмов различного промышленного оборудования – станков, промышленных редукторов, направляющих скольжения и т. п. К этой группе также относят масла для прокатных станов и приборные масла.
Масла различного назначения – это, в общем случае, компрессорные, цилиндровые, холодильные и турбинные. В эту группу могут также входить другие масла – теплоносители, медицинские, вакуумные и пр.
В последние годы, исходя из экономических и технических соображений, осуществляется унификация смазочных масел в технике. Она заключается в сокращении числа используемых сортов масел и в расширении областей их применения. В более широком смысле унификация выражается в стирании в определенных условиях граней между маслами разного назначения.
Однако до сих пор большинство отечественных и зарубежных масел рассчитаны на конкретные условия применения, поэтому их произвольная замена не всегда оправдана и может иметь негативные последствия для механизма.
5.3. Функции масел
Независимо от области применения смазочные масла выполняют следующие основные функции:
– уменьшают трение, возникающее между сопряженными
деталями;
– снижают износ деталей и предотвращают их задир;
– отводят тепло от трущихся деталей;
– защищают трущиеся поверхности и другие неизолированные детали от коррозионного влияния внешней среды. Для выполнения указанных функций масла должны обладать:
– оптимальными вязкостно-температурными свойствами для облегчения запуска машин и механизмов при низких температурах окружающего воздуха, для снижения износа трущихся деталей и уменьшения потерь мощности машины или механизма на трение;
– хорошими смазывающими свойствами для обеспечения надежной смазки на всех режимах работы объекта;
– достаточной антиокислительной стойкостью, препятствующей значительному изменению химического состава масла в процессе его работы;
– хорошими моющими свойствами с целью снижения склонности к образованию отложений на нагретых металлических поверхностях и в системе смазки;
– высокими противокоррозионными свойствами по отношению к конструкционным материалам, особенно цветным металлам и сплавам, при рабочих температурах масла;
– удовлетворительными защитными свойствами для предохранения металлов от атмосферной коррозии, прежде всего в период остановки машины или механизма.
Кроме того, смазочное масло должно обладать низкой
испаряемостью, малой пенообразующей способностью и эмульгируемостью, не должно оказывать отрицательного воздействия на уплотнительные материалы, не отличаться высокой токсичностью и не подвергаться биологическим повреждениям, а также не вызывать загрязнения окружающей среды, не изменять своих свойств при хранении, легко перекачиваться и транспортироваться.
Из перечисленных свойств общими для всех групп масел являются смазочные, противокоррозионные, антиокислительные свойства, в то время как другие, например моющие, характерны только для смазочных масел определенного назначения. Ряд свойств являются основными только в соответствующих условиях применения. Так, например, биостойкость становится наиболее важной характеристикой при использовании масел во влажной атмосфере тропического климата, а температура застывания не имеет значения летом, но актуальна зимой и т. д.
5.4. Эксплуатационные свойства масел
К числу важнейших эксплуатационных свойств смазочных масел относятся смазочные, вязкостные, противокоррозионные, антиокислительные, моющие и защитные. Именно эти свойства в наибольшей степени определяют качество масла и возможность его применения в тех или иных условиях.
Смазочные свойства относят к наиболее общим понятиям, объединяющим несколько свойств масел, влияющих на процессы трения и износа в машинах и механизмах. Смазочное действие масел зависит от их противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств. Базовые масла без присадок, как правило, не обладают достаточной смазывающей способностью. Поэтому для получения заданных свойств в базовые масла вводят специальные вещества – присадки. Так, введение антифрикционных, противоизносных, противоза-дирных присадок обеспечивает получение заданного уровня смазочных свойств.
Действие перечисленных присадок обусловлено двумя факторами: адсорбцией присадок на металле и химической активностью молекул присадки по отношению к материалам пары трения. Эффективность присадки определяется ее химическим строением и составом, а также условиями трения. При этом действие антифрикционных присадок обусловлено как раз их адсорбцией на металле, а противозадирных – с возможностью образования химически модифицированных слоев на поверхностях пары трения. Эта способность проявляется преимущественно при высоких удельных нагрузках в момент значительного генерирования тепла в зоне трения.
Качественно характер модифицированных слоев зависит от химического состава используемых присадок. Например, при использовании хлорсодержащих присадок на поверхности металла происходит образование хлоридов, серосодержащие присадки приводят к образованию сульфидов, фосфорсодержащие – фосфидов. Вместе с тем химический состав пленок в значительной степени зависит от атмосферы и условий трения, в частности нагрузки и температуры. Так, при низких нагрузках независимо от природы присадки на поверхности металла образуются главным образом оксидные пленки. С повышением нагрузки в составе пленок увеличивается доля активного элемента, содержащегося в присадке (серы, фосфора или хлора).
Механизм действия хлорсодержащих соединений и повышение их смазочных свойств при трении заключается в образовании на металле пленок хлоридов или сложных хлор-органических солей железа.
Модель противоизносного действия серосодержащих соединений и, в частности, дисульфидов предполагает адсорбцию присадки на поверхности металла и последующее образование достаточно прочных соединений с металлом.
Фосфорсодержащие соединения (например, дитиофосфаты цинка), разлагаясь под воздействием высоких температур, образуют на поверхностях трения полимерные пленки.
Сульфидная и хлоридная пленки обладают пластичной структурой и пониженным коэффициентом трения за счет меньшего напряжения сдвигу соответствующих модифицированных слоев по сравнению с чистыми металлами.