Классификация смазочных материалов

Минеральные и синтетические масла


14 Апреля 2011 года

Классификация смазочных масел

Различают нефтяные (минеральные) и синтетические смазочные масла, используемые в качестве смазочных материалов. Нефтяные масла представляют собой жидкие смеси высококипящих углеводородов (tкип. 300-600 °С). Получают дистилляцией нефти или удалением нежелательных компонентов из гудронов. На основе нефтяных масел получают пластичные и технологические смазки, смазочно-охлаждающие и гидравлические жидкости и пр.

По происхождению или исходному сырью различают такие смазочные материалы:

  • минеральные, или нефтяные, являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке нефти. По способу получения такие материалы классифицируются на дистиллятные, остаточные, компаундированные или смешанные;
  • растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Наиболее широко в технике применяются касторовое масло.
  • животные масла вырабатывают из животных жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).
  • органические, масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. В связи с этим их чаще используют в смеси с нефтяными;
  • синтетические, получаемые из различного исходного сырья многими методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений – полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

По внешнему состоянию смазочные материалы делятся на:

  • жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью (нефтяные и растительные масла);
  • пластичные, или консистентные, смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др.;
  • твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

По назначению смазочные материалы делятся на масла:

  • моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных);
  • трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов, автомобилей, комбайнов, самоходных и других машин;
  • Эти два типа масел иногда объединяют термином «транспортные масла».
  • индустриальные, предназначенные главным образом для станков;
  • гидравлические для гидравлических систем различных машин;

Также выделяют компрессорные, приборные, цилиндровые, электроизоляционные, вакуумные и др. масла.

В первую очередь – моторные масла. Особая группа масел, относящаяся к моторным маслам – авиационные масла, которым уделено отдельное внимание. Помимо авиационных, из моторных масел условно выделяют автомобильные масла и дизельные масла. То есть, совокупность авиационных автомобильных и дизельных масел и есть моторные масла. Из дизельных масел отдельно мы выделили и рассмотрели зимние дизельные масла. Кроме того, из дизельных масел мы выделили масла групп Г, Д, Е.

Следующая группа масел – трансмиссионные масла. Иногда моторные и трансмиссионные масла объединяют под термином «транспортные масла». Мы не будем следовать этой классификации. Отдельно нами будут также представлены индустриальные, гидравлические и компрессорные масла. Особо нами была рассмотрены базовые группы масел. Все другие масла мы объединили под термином «прочие масла».

В процессе подготовки исследования мы постарались максимально приблизить предмет анализа и представить показатели относительно основных марок масел. С их представления технических характеристик их мы и начнем.

Физико-химические свойства масел

Для каждого из типов масел, в зависимости от назначения, важны отдельные характеристики. Здесь мы представим основные.

Вязкость является одной из важнейших характеристик смазочных масел, определяющих силу сопротивления масляной пленки разрыву. Чем прочнее масляная пленка на поверхности трения, тем лучше уплотнение колец в цилиндрах, в частности для моторных масел, меньше расход масла на угар. В соответствии с нормативнотехнической документацией вязкостно-температурные свойства моторных масел оцениваются индексом вязкости.

Вязкость динамическая – это сила сопротивления двух слоев смазочного материала площадью 1 см2, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с. Вязкость кинематическая определяется как отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

Индекс вязкости – относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Индекс вязкости рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100 °С или находят по таблицам. Вязкостно-температурные свойства масел оценивают также по кинематической вязкости при низкой температуре (0 и –18 °С).

Кинематическая вязкость моторных масел, используемых в смазочных системах автомобильных двигателей, равна 4-14 мм2/с при 100 °С. С понижением температуры она быстро увеличивается, достигая при –18 °С значения 10000 мм2/с и более. Масла с кинематической вязкостью 4-8 мм2/с используют в зимнее время, с вязкостью 10-14 мм2/с – летом.

Температура застывания – это предельная температура, при которой масло теряет подвижность. Масла, имеющие температуру застывания –15 °С и выше, относятся к летним. Если же температура застывания –20 °С и ниже, то масла относятся к зимним. Температура застывания в какой-то мере характеризует предельную температуру, при которой возможен запуск охлажденного двигателя. Однако, температура запуска двигателя на холоде зависят не столько от температуры застывания масла, сколько от величины его вязкости при данной температуре.

Противоизносные свойства характеризуют способность масла уменьшать интенсивность изнашивания трущихся деталей, снижать затраты энергии на преодоление трения. Эти свойства зависят от вязкости и вязкостно-температурной характеристики, смазывающей способности и чистоты масла. Моюще-диспергирующие свойства подразделяются на моющие и диспергирующие свойства. Моющие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя и противостоять лакообразованию на горячих поверхностях, а также препятствовать прилипанию углеродистых соединений. Диспергирующие свойства характеризуют способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц, удерживать их в состоянии устойчивой суспензии и разрушать крупные частицы продуктов окисления при их появлении.

Противоокислительные свойства определяют стабильность масла, от которой зависит срок работы масел в двигателях, характеризуют их способность сохранять первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах. Стойкость моторных масел к окислению повышается при введении антиокислительных присадок.

Коррозионная активность всех масел зависит, прежде всего, от содержания в них сернистых соединений, органических и неорганических кислот и других продуктов окисления. В лабораторных условиях антикоррозионные свойства моторных масел оценивают по потере массы свинцовых пластин (в расчете на 1 м2 их поверхности) за время испытания при температуре 140 °С.

Коррозионный износ деталей определяется также исходным значением щелочности и скоростью ее изменения. Чем больше проработало масло, тем ниже становится показатель щелочности. Поэтому показатель щелочности вводится в число показателей качества масла. Зольность масла позволяет судить о количестве несгораемых примесей в маслах без присадки, а в маслах с присадками – о количестве введенных зольных присадок. Зольность определяют в лабораторных условиях и выражают процентным отношением образовавшейся золы к массе пробы масла, взятой для анализа. Зольность масел, не содержащих присадок, не превышает 0,02-0,025 % по массе. У масел с присадками зольность не должна быть менее 0,4%, а у высококачественных марок масел не менее 1,15-1,65 % по массе.

Содержание механических примесей и воды. Механических примесей в маслах без присадок не должно быть, а в маслах с присадками их значение не должно превышать 0,015% по массе, причем механические примеси не должны оказывать абразивного действия на трущиеся поверхности. Вода в моторных маслах должна отсутствовать. Даже небольшое количество воды вызывает деструкцию присадок, происходит процесс шламообразования.

Присадки применяются для придания маслам новых свойств или изменения существующих. Присадки подразделяют: на антиокислительные – повышают антиокислительную устойчивость масел; противокоррозионные – защищают металлические поверхности от коррозионного воздействия кислото- и серосодержащих продуктов; моюще-диспергирующие – способствуют снижению отложений продуктов окисления на металлических поверхностях; противоизносные, противозадирные и антифрикционные – улучшают смазочные свойства масел; депрессорные – понижают температуру застывания масел; антипенные – предотвращают вспенивание масел.

В настоящем исследовании будет представлена в том числе информация о производстве основных типов присадок на предприятиях.

Классификация и свойства моторных масел

В основу классификации моторных масел в России по ГОСТ 17479.1–85 положены два характерных признака: кинематическая вязкость и качественный уровень, определяемый как сумма важнейших эксплуатационных свойств. По вязкости масла подразделяются на три класса: летние, зимние, всесезонные. Летние масла нормируются значением кинематической вязкости при +100 °С, зимние – при +100 °С и –18 °С. Всесезонные масла обозначаются дробью, в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе – летнего масла. Система обозначений моторных масел включает несколько знаков: букву М (моторное), цифру, характеризующую класс кинематической вязкости, и букву, обозначающую принадлежность к группе по эксплуатационным свойствам. Дробные цифры в числителе указывают класс вязкости масла при –18 °С, а в знаменателе – класс вязкости при 100 °С. Цифры у букв обозначают следующее: индекс "1" присваивают маслам для бензиновых двигателей, "2" – для дизельных. Универсальные масла, предназначенные для использования как в дизелях, так и в бензиновых двигателях одного уровня форсирования, индекса в обозначении не имеют. Универсальные масла, принадлежащие к разным группам, имеют двойное обозначение, в котором первое характеризует качество масла как дизельного, второе – как бензинового. В необходимых случаях применяют дополнительные индексы: "рк" – рабоче- консервационные масла; "цл" – для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем; "3" – масло, содержащее загущающую присадку; "20", "30" – значение щелочного числа.

Также, в зависимости от назначения, типа двигателя и эксплуатационных свойств моторные масла подразделяют на группы.

  • М-8-В, – буква "М" – моторное масло, цифра "8" – класс вязкости, буква с индексом «В» обозначает, что по эксплуатационным свойствам масло относится к группе «В» и предназначено для смазывания среднефорсированных карбюраторных двигателей;
  • М-10-Г2к – буква "М" – моторное масло, цифра "10" – класс вязкости, буква "Г" с индексом "2" означает, что по эксплуатационным свойствам оно относится к группе Г и предназначено для смазывания высокофорсированных дизельных двигателей; буква "К" свидетельствует о том, что масло предназначено для автомобилей КамАЗ;
  • М63/10-В – буква "М" – моторное масло, 63/10 – класс вязкости, буква "З" означает, что масло имеет эксплуатационную присадку, улучшающую вязкостно-температурные свойства масла и предназначено для применения в качестве всесезонного или зимнего сорта, буква "В" без индекса означает, что это масло универсальное и предназначено для смазывания карбюраторных и дизельных двигателей.

В странах Западной Европы и США масла классифицируются по вязкости, определяемой по методике американского общества автомобильных инженеров SAE (Society of Automobile Engineers) и по эксплуатационным свойствам согласно квалификационной системе, разработанной Американским институтом нефти API (American Petroleum Institute).

По SAE моторные масла делятся на летние, зимние и всесезонные. Масла маркируются следующим образом: летние – 20, 30, 40, 50 и 60 (цифра обозначает вязкость при температуре 98,9 °С); зимние OW, 5W, 10W, 15W и 25W (цифра – вязкость масла, а буква "W" – от английского слова Winter (зима)). Для водителей, эксплуатирующих свой автомобиль круглогодично, предпочтительно применять всесезонные (загущенные) масла. Они обозначаются сдвоенным номером, один из которых соответствует зимнему, а другой – летнему классу, например, 10W/50 обозначает, что данное масло при –17,8 °С соответствует по вязкости SAE 10, а при 98,9 °С соответствует SAE 50. Между двумя обозначениями обычно ставят знак дроби или дефис, а иногда и вовсе ничего.

Классификация и свойства трансмиссионных масел

Масла, служащие для смазывания коробок передач, раздаточных коробок, дифференциалов, механизмов рулевого управления, представляющих собой зубчатые передачи – цилиндрические, конические, червячные, гипоидные и другие, называются трансмиссионными.

В первую очередь, масла этого типа должны обладать хорошими противоизносные, противозадирные и противопиттинговыми свойствами, характеризоваться пологой вязкостно-температурной кривой, низкой температурой застывания, обладать хорошей термической и термоокислительной стабильностью, а также высокой стабильностью при хранении, минимально воздействовать на резинотехнические уплотнительные материалы, не допуская их разрушения, иметь хорошие антикоррозионные свойства, не содержать механические примеси и воду.

Противоизносные и противозадирные свойства – основная характеристика трансмиссионных масел. Масла с такими свойствами обладают высокой смазывающей способностью, при которой на трущихся поверхностях зубьев шестерен создается прочная пленка, предотвращающая сваривание и задирание микронеровностей. Эта способность определяется наличием поверхностно-активных веществ, содержащихся в наибольшем количестве в остаточных нефтепродуктах, из которых получают трансмиссионные масла. Кроме того, для повышения противозадирных свойств в масла вводят специальные присадки, содержащие соединения хлора, фосфора, серы и цинка. Эти вещества при большом давлении и высокой температуре образуют пленки оксидов, предохраняющие металл от схватывания в точках контакта.

В качестве противоизносных присадок в трансмиссионных маслах широко применяются: ЛЗ-23К – дибутилксантат этилена с 38-41% серы; ОТП – осерненный тетрамер пропилена с 20% серы; ЭФО – продукт взаимодействия экстракта фенольной очистки остаточных масел с пятисернистым фосфором. Эти присадки добавляют к маслам в количестве до 5 %. Трансмиссионное масло не должно вспениваться, потому что пузырьки воздуха ухудшают его противоизносные и противозадирные качества. Температура застывания характеризует пригодность трансмиссионного масла для применения в зимних условиях. Для понижения температуры застывания применяются различные присадки-депрессоры, которые добавляют в масло в количестве 0,2 … 0,5 %.

Противокоррозионные свойства трансмиссионных масел обусловливаются отсутствием в них водорастворимых кислот и щелочей.

Согласно ГОСТ 17479.2–85 трансмиссионные масла разбиваются на классы по вязкости и в зависимости от эксплуатационных свойств их подразделяют на пять групп, определяющих области их применения.

Индустриальные масла

Представляют собой дистиллятные нефтяные масла малой и средней вязкости (5-50 мм2/с при 50 °С). Используют главным образом как смазочные масла в узлах трения станков, кузнечно-прессового оборудования, текстильных машин, вентиляторов, насосов и другого оборудования, а также в качестве гидравлических жидкостей, базовых масел для производства пластичных смазок и т.д. Ранее индустриальные масла вырабатывали под названиями "велосит", "швейное масло", "веретенные масла", "машинные масла" и др. Наряду с традиционными индустриальными маслами вырабатывают масла с комплексом присадок (антиокислительной, противоизносной, антикоррозионной и др.) – так называемые масла серий ИГП (гидравлические), ИРП (редукторные), ИСП (для направляющих скольжения).

Назначение индустриальных масел - обеспечить снижение трения и износа деталей металлорежущих станков, прессов, прокатных станов и другого промышленного оборудования. Одновременно, индустриальные масла должны отводить тепло от узлов трения, защищать детали от коррозии, очищать поверхности трения от загрязнения, быть уплотняющим средством, не допускать образования пены при контакте с воздухом, предотвращать образование стойких эмульсий с водой или быть способными эмульгировать, хорошо фильтроваться через фильтрующие элементы, быть нетоксичными, не иметь неприятного запаха и т.д. В условиях применения смазочные масла подвергаются воздействию высоких температур и давлений, контактируют с различными металлами, воздухом, водой и различными агрессивными средами. Поэтому в период эксплуатации они окисляются - повышается вязкость, кислотное число, коррозионная активность, засоряются продуктами износа - усиливается абразивный износ, ухудшается фильтрование, появляются продукты деструкции - понижается вязкость, температура вспышки, появляется вода и др.

Так, масла ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38 и ИГП-49 служат рабочими жидкостями в гидравлических системах станков, автоматических линий, прессов. Их используют для смазывания высокоскоростных коробок передач, мало- и средненагруженных редукторов и червячных передач, вариаторов, электромагнитных и зубчатых муфт, подшипниковых узлов, направляющих скольжения и качения и в других узлах и механизмах, где требуются масла с улучшенными антиокислительными и противоизносными свойствами.

Масла ИГП-72, ИГП-90, ИГП-114 используют в гидравлических системах тяжелого прессового оборудования и для смазывания шестеренчатых передач, средненагруженных зубчатых и червячных редукторов, в циркуляционных системах смазки различного оборудования.

Масла И-20А, И-40А, И-50А дистиллятные или смесь дистиллятных с остаточными из сернистых и малосернистых нефтей селективной очистки. Их употребляют в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах станочного оборудования, автоматических линий, прессов, для смазывания легко- и средненагруженных зубчатых передач, направляющих качения и скольжения станков, где не требуются специальные масла, и других механизмов. Применение масел в тех или иных механизмах зависит от их вязкости: по мере ее увеличения масла используют в более нагруженных и менее быстроходных механизмах.

Гидравлические масла

По назначению гидравлические масла делят в соответствии с областью применения:
- для летательных аппаратов, мобильной наземной, речной и морской техники;
- для гидротормозных и амортизаторных устройств различных машин;
- для гидроприводов, гидропередач и циркуляционных масляных систем различных агрегатов, машин и механизмов, составляющих оборудование промышленных предприятий. Основная функция рабочих жидкостей для гидравлических систем - передача механической энергии от ее источника к месту использования с изменением значения или направления приложенной силы.
Большинство массовых сортов гидравлических масел вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых масел, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки.
Физико-химические и эксплуатационные свойства современных гидравлических масел значительно улучшаются при введении в них функциональных присадок - антиокислительных, антикоррозионных, противоизносных, антипенных и др.

ВМГ3

Маловязкая низкозастывающая минеральная основа, вырабатываемая посредством гидрокаталического процесса, загущенная полиметакрилатной присадкой. Содержит присадки: противоизносную, антиокислительную, антипенную. Масло предназначено для систем гидропривода и гидроуправления строительных, дорожных, лесозаготовительных, подъемнотранспортных и других машин, работающих на открытом воздухе при температурах в рабочем объеме масла от -40 да +50 С в зависимости от типа гидронасоса. Для северных регионов рекомендуется как всесезонное, а для средней географической зоны - как зимнее.

Веретенное масло АУ

Получают из малосернистых и сернистых парафинистых нефтей с использованием процессов глубокой селективной очистки фенолом и глубокой депарафинизации. Содержит антиокислительную присадку. Масло обеспечивает работу гидроприводов в диапазоне температур от -(30-35) до +(90-100) С.

Компрессорные масла

Это нефтяные или синтетические (кремнийорганические, алкилбензолы, эфиры пентаэритрита и др.) масла, используемые в поршневых и роторных компрессорах для улучшения герметичности камер сжатия, уменьшения трения и износа, отвода теплоты. Вязкость К. м. 7-30 мм2/с при 100 °С, tвсп. 190-275 °С. Они отличаются низкой испаряемостью, высокой термической стабильностью (до 250 °С) и химической стойкостью по отношению к сжимаемым в компрессорах газам (воздух, О2, СО2, С2Н2 и др.), хорошими противоизносными свойствами. К маслам для компрессоров холодильных установок предъявляются особые требования, обусловленные непрерывным контактом компрессорных масел с хладагентом, а также постоянным изменением температуры и давления среды. Вязкость этих масел 11-35 мм3/с при 50 °С, tвсп. 160-225 °С. Нефтяные масла получают обычно селективной, реже кислотно-контактной очисткой масляных дистиллятов. Для улучшения их эксплуатационных свойств вводят антиокислительные, антикоррозийные и депрессорные присадки (0,02-1,0% по массе), иногда масла для придания повышенной морозостойкости загущают полимерными присадками (например, 2-3% полиметилметакрилатов, полиизобутиленов).

В зависимости от областей применения и предъявляемых требований выделяют три класса компрессорных масел.

  • для поршневых и ротационных компрессоров;
  • для турбокомпрессорных машин;
  • для холодильных компрессоров.