Свойства жидких и пластичных смазок и масел
Для определения этих свойств проводят испытание масел на 4-х шариковой машине.
Показателями вязкостных свойств масел являются кинематическая и динамическая вязкость, а так же индекс вязкости. Динамическая вязкость μ характеризует связь силы внутреннего трения F со скоростью υ относительного перемещения слоёв смазки при трении:
Formyla_vyazkosti_masla
Единица измерения μ – Паскаль-секунда (Па·с) или сантипауз (сП). Знак минус означает, что сила А направлена в сторону, обратную направлению движения слоя обладающего большой скоростью.
Кинематическая вязкость ν представляет собой отношение динамической вязкости μ к плотности масла ρ.
ν=μ/ρ
Измеряют кинематическую вязкость в мм2/с или в сантистоксах (1сСт≈10-6мм2/с), обычно характеризуют свойства масла при температуре 50 и 100 0С.
Для оценки склонности масла к изменению вязкостных свойств при изменении температуры применяют показатель называемый индексом вязкости (ИВ). Этот показатель даёт возможность оценить вязкостно-температурные свойства определённого сорта масла по сравнению с эталонными маслами. За эталонные приняты лучшие рафинированные масла, которым присвоен индекс ИВ-100, и худшие масла из богатой нефтенами нефти, для которых принято ИВ-0.
Для определения вязкости обычно пользуются формулой:
Kinematicheskaya_vyazkosy_masla
где ν50min – кинематическая вязкость масла, для которого ИВ=0; вязкость измеряется при 50 0С; ν50 – кинематическая вязкость масла при 50 0С; ν50max – кинематическая вязкость масла, для которого ИВ=100; вязкость измеряется при 50 0С; Р – поправка, вносимая при оценке свойств масла в области отрицательных температур.
Величины ν50min и ν50max находят по таблицам значений индекса вязкости. Чем выше это значение, тем меньше изменятся вязкость масла при изменении температуры, а следовательно, тем выше его вязкостные свойства. Высокий индекс вязкости имеют хорошо очищенные масла. У современных масел он составляет 120-150.
Повышение значения ИВ и обеспечение эксплуатационных свойств масел достигается применением различных присадок. Для масел со специальными присадками и синтетических масел ИВ=250.
Ещё одними из показателей свойств смазочных материалов являются:
-удельная теплоёмкость С=2,05 – 2,1 Дж/кг·к;
-теплоёмкость λ=129·10-3 – 140·10-3 Вт/н·к.
Температурными показателями эксплуатационных свойств масел является так же температура вспышки, температура воспламенения, температура застывания масла.
Температура вспышки масла показывает минимальную температуру, при которой пары нагретого масла образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с открытым пламенем. Этот показатель характеризует наличие в масле лёгких углеводородов. Низкая температура вспышки свидетельствует о повышенной огнеопасности масла и указывает на присутствие в нем примесей – главным образом топлива.
Температурой воспламенения масла называют температуру, при которой масло загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд.
Температурой застывания масла называют температуру при которой масло теряет свою подвижность и переходит из жидкого текучего состояния в пластичное. Температура застывания является одним из важнейших показателей эксплуатационных свойств масел, поскольку определяет условия их применения.
Сжимаемость – способность смазочного материала к уменьшению объёма под нагрузкой – характеризуется коэффициентом сжимаемости.
Коэффициент сжимаемости – характеризует относительное изменение объёма масла, приходящееся на единицу изменения давления
Koeficient_sjimaemosti_masla
где Δр – приращение давления; ΔV – приращение объёма; V – объём смазочного материала до приложения давления.
Это свойство особенно важно для масел, используемых в качестве рабочих жидкостей гидравлических систем дорожных машин.
При решении инженерных задач применяют величину, обратную коэффициенту сжимаемости, которое получило название – модуль объёмной упругости Е=1/β. Для индустриального масла И-20А Е=1,4.
Модуль объёмной упругости зависит не только от типа, но и от состояния масла. Если масло находится во вспененном состоянии, то значение его модуля упругости существенно отличается от номинального. В реальных условиях эксплуатации содержание воздуха в масле составляет 6-18%, таким образом в сборочных единицах машин роль смазочного материала выполняет воздушно-маслянная смесь.
Вспениваемость – способность масла к поглощению воздуха с пенообразованием. Это свойство оказывает существенное влияние на окислительные процессы при трении и изнашивании. Оно особенно важно для тех масел, которые используют в механизмах, работающих в условиях повышенной температуры.
Эмульгируемость – способность масла к поглощению воды.
Противокоррозионные свойства характеризуют способность жидких и пластичных смазочных материалов оказывать влияние на процессы коррозионного разрушения металлических деталей.
Кислотное число выражается в миллиграммах едкого калия, требующегося для нейтрализации 1 г. Масла. По кислотному числу можно судить о количестве органических кислот, содержащихся в масле.
Щелочное число масла свидетельствует о наличии в нём присадок. За общее щелочное число принимают количество едкого калия в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г. анализируемого масла.
Зольность – показатель, характеризующий содержание в масле солей органических и минеральных кислот. Этот показатель для масел с присадками выражает количество присадок, а для масел бес присадок количество несгораемых примесей.
Липкость и нерастекаемость характеризуют стабильность масел образовывать на твёрдых поверхностях прочную плёнку, разрушающуюся при повышении давления, скорости, температуры.
Нетоксичность – это отсутствие отрицательного воздействия смазочного материала или продуктов его окисления на организм человека.
Пластичные смазки имеют в своём составе загуститель, образующий своего рода каркас, в котором удерживаются базовое (миниральное или синтетическое) масло. К основным свойствам пластичных смазок относят: вязкость; водостойкость; температуру каплепадения; коллоидную, механическую и химическую стабильность; предел прочности на сдвиг; испаряемость; коррозионность; термоупрочнение.
Вязкость пластичных смазок зависит от скорости деформирования и характеризуется прокачиваемостью по трубопроводам. Измеряют вязкость пластичных смазок на каппилярных вискозимитрах.
Водостойкость характеризует способность смазочного материала не растворяться и минимально изменять свои свойства при попадании в них воды.
Температура каплепадения условно отражает среднюю температуру, при которой плавятся пластичные смазочные материалы. Она зависит от использованного в нём загустителя. В зависимости от температуры каплепадения различают:
-низкоплавкие пластичные смазки (УН), в которых загустителем служат твёрдые углеводороды, температура каплепадения до 65 0С;
-среднеплавкие (УС) – загустителями являются кальциевые мыла, температура каплепадения до 100 0С;
-тугоплавкие (УТ) – загустителями служат натриевые и литиевые мыла, температура каплепадения свыше100 0С.
Коллоидная стабильность – отражает способность пластичных смазок сопротивляться выделению из них масла при хранении.
Механическая стабильность отражает способность пластичных смазок сохранять свои свойства после интенсивного деформирования.
Химическая стабильность – характеризует способность пластичных смазок противостоять окислительному воздействию воздуха при повышенной температуре.
Предел прочности на сдвиг отражает способность смазки удерживаться на поверхности деталей при наличии инерционных сил.
Консистенция – свойство пластичных смазок оказывать сопротивление деформации при внешнем воздействии.