Методы определения смазывающих свойств

Испытания смазывающих свойств показывают, в какой мере масло выполняет свои основные функции - уменьшает силу трения и предохраняет детали от износа. При испытаниях имитируются реальные условия режимов трения. На практике существует довольно много частных случаев смазывания и поэтому имеется относительно много методов испытаний смазочных свойств.

Наиболее часто моделируется трение скольжения на небольшой поверхности. В ходе испытания постепенно повышается нагрузка и/или скорость скольжения (деформация сдвига измеряется или регистрируется сила трения и ее изменение, а также износ поверхности трения. Из полученных данных рассчитываются критические параметры - критическая нагрузка, нагрузка сваривания, нагрузочная способность масла, показательІєни износа, показатель скорости износа и др.

Метод четырех шариков(four ball test). Это наиболее распространенный и информативный метод определения смазывающих свойств масел и смазок. Четырехшариковая машина трения (ЧШМТ) с точечным контактом, была разработана компанией "Shell" N' 51 350, ASTM D 2266, ГОСТ 9490-75, РД 50-531-85) (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Принцип работы четырехшариковой машины для изучения

смазывающих свойств

Методом ЧШМТ определяются:

• характер износа, кривая износа, показатель износа (wear line) в условиях гра­ничного трения - по пятнам износа шариков (ASTM D 2266, DIN 5 1350, Teil 3);

• критическая нагрузка, нагрузка сваривания и нагрузочная (несущая) способность - по точкам перегиба на кривой износа;

• индекс задира (нагрузки) - по предельному давлению (ASTM D 2596, DIN 5 1 350, Teil 2).

Характер изменения степени износа от нагрузки показывает противоизносные свойства масла или смазки при постоянной нагрузке, которая ниже критической. В ходе испытания периодически измеряется диаметр пятен износа на нижних шарах и рассчитывается среднее значение износа (в мм). Зависимость износа (D) от нагрузки (Р) характеризуется кривой износа (рис. 2.11). Интенсивность износа от начала и до сваривания зависит от способности смазочного материала уменьшать износ и характеризуется индексом задира (нагрузки) (load wear index - LWI). В начальном интервале нагрузки износ поверхностей трения происходит в условиях граничного трения и является пропорциональным нагрузке. В этом режиме соотношение между нагрузкой и соответствующим ей износом является постоянной величиной и может характеризовать противоизносные свойства масла или смазки. Индекс нагрузки выражается в ньютонах.

По точкам перегиба кривой износа определяются критические точки износа: критическая нагрузка Pk (critical load) - это такая нагрузка, при превышении которой начинается интенсивный износ, вызванный задиром в результате разрушения адсорбционного слоя смазки; критическая нагрузка показывает предельные возможности смазывания масла или смазки и называется несущей способностью (load-carrying capacity);

предельная нагрузка pc (limit load) или нагрузка сваривания (welding load) - это такая нагрузка, при превышении которой шары схватываются (свариваются).

Рис. 2.11. Кривая износа, полученная при помощи четырехшариковой машины. Зависимость диаметра пятна износа, d, от нагрузки Р

Метод FZG (FZG test, Four-square gear oil test), называемый также Методом Нима-( Viemann test) (СЕС L-07-A-95, DIN 51 354, IP 334) (рис. 2.12). Это один из основных и годов определения противоизносных и противозадирных свойств трансмиссионных масел. Свойства масла определяются при помощи двух цилиндрических шестерней, побуженных в исследуемое масло. Шестерни, находящиеся под нагрузкой прокручиваются о 15 мин при постепенном повышении нагрузки и измерении потери массы шестерен. Испытание заканчивается по достижении потери массы в 10 мг или после 12 циклов (если потери массы не достигают 10 мг). Смазывающие свойства масла выражаются через число u держанных циклов повышения нагрузки. Кроме этого, определяется предельная нагрузка, при которой шестерни начинают застревать, она называется OK нагрузкой (OK load) ныражается в ньютонах. Аналогичный метод применяется в США - тест Ридера (Ryder •xi) (ASTM D/ANSI D 1947).

Определение стабильности к окислению

Рис. 2.12. Схема прибора FZG по определению износа шестерней

Метод Тимкен EP (Timken Extreme Pressure Test) (ASTM D 2782) (рис. 2.13). Этим методом определяются противозадирные свойства масла при предельной нагрузке, т.е. критическую нагрузку задира или Timken OK нагрузка (Timken OK load), которая выражаегся в ньютонах. Это нагрузка, которую может выдержать масляная пленка на поверхности трения до появлением задира в условиях данного эксперимента. Такая нагрузка показывает нагрузочную способность масла.

Рис. 2.13. Схема метода Тимкена по определению противозадирных свойств масла

Метод Фалекс (Falex Pin and Уее Block Method) (ASTM D 3233). &алик имитирует .иейку подшипника, который зажимается двумя V-образными зажимами (рис. 2.14), изготовленными из высокопрочной стали, т.е. валик зажимается четырьмя прямолинейными поверхностями - контактами, и прокручивается с постоянной скоростью.

Рис. 2.14. Схема метода Фалекс

Вся эта система погружена в исследуемое масло с установленной постоянной температурой, скорость вращения - 330 об./мин (скорость скольжения - 10,4 см/с). Сила сжатия (Нагрузка) может быть увеличена как непрерывно, так и через определенные интервалы. Измеряется сила трения и износ. По полученным данным определяются антифрикционные и противозадирные характеристики масла.

Метод Алмен-Виланд (Almen Wieland). Метод аналогичный методу Фалекс, но зажимы имеют форму полувтулок и изготовлены из того же металла, что и валик (рис. 2.15). В этом случае контактирующая поверхность трения не линейная, а плоская. В ходе испытания при постоянной скорости вращения валика (200 об./мин, скорость скольжения 6,6 см/с), непрерывно увеличивают нагрузку до начала задира или до окончания ресурса прижимной силы. Измеряется сила трения и максимальная нагрузка до начала задира.

Рис. 2.15. Схема метода Алмен-Виланд

Ни один из приведенных методов не позволяет определить абсолютные параметры трения и износа или подобрать масло для конкретного применения в двигателях внутреннего сгорания, но дает возможность сравнивать качество применяемых присадок в определенных рабочих условиях (малые скорости скольжения и высокие нагрузки). Определение смазывающих свойств моторных масел возможно только при проведении испытаний на реальных двигателях.

Определение стабильности к окислению

Окисление масла (oxidation of oil). Масло, как и все углеводородные соединения, легко окисляется. Процесс окисления масла ускоряется при:

• повышении температуры,

• увеличении доступа кислорода (в присутствии воздуха),

• каталитическом воздействии ионов некоторых металлов,

• механическом напряжении в условиях большой скорости сдвига и др.

Стабильность к окислению или антиокислительная стабильность (oxidation stability) это способность масла противостоять окислению. Окисление углеводородов является многостадийным процессом. В начале окисления накапливаются исходные продукты - перекиси, которые впоследствии резко ускоряют процесс. Этот первый этап окисления фактически не вызывает заметных изменений физических свойств масла и называет индукционным периодом (inductionperiod). Его продолжительность служит показателю й кости масла к окислению. Изучение хода реакции окисления по расходу кислоро-да определяется одним из наиболее простых и точных методов изучения окисления органических соединений. Определяются два показателя - индукционный период расхода кислоро-скорость расхода кислорода после индукционного периода. Стабильность к окисле-моторного масла для бензиновых двигателей определяется по методу TFOUT, ASTM 12 "Испытание стабильности к окислению моторных масел для бензиновых двигате-методом поглощения кислорода тонким слоем" (Test Method for Oxidation Stabiliy of 'line Automotive Engine Oils by Thin-Film Oxygen Uptake).

После индукционного периода начинаются другие, самоускоряющиеся реакции давления, заметно изменяющие химические и физические свойства масла. Образуются азоты, смолы, увеличивается вязкость масла. Из смол на нагретых поверхностях образуются углеродистые отложения, нагар, лак, накопление которых может привести к повышенному износу, заклиниванию колец, толкателей и др. Кислые продукты окисления способтвуют коррозии деталей двигателя. Кроме того, продукты окисления ускоряют старение -резиновых деталей.

Процесс окисления масла в двигателе протекает при высокой температуре. Такое меиие имеет свои особенности и называется термоокислением (thermooxidation). Ібильность к термоокислению (thermooxidation stability) - это показатель, оценивает стойкость моторного масла к образованию нагара на горячих поверхностях цилиндро-поршневой группы. Испытание проводится путем нагревания металлической поверх-и с тонким слоем масла до испарения летучих фракций Остаток масла разделяется на реакцию масла и на нагар. Стабильность масла к термоокислению - это время (в мин) Іение которого масло, нагретое до температуры 250 °С превращается в остаток, состоит из 50 % фракций масла и 50 % нагара. Это испытание имитирует реальные условия чистоты моторного масла.

Ход термоокисления, характер продуктов и его последствия в реальных условиях экплуатации автомобиля являются сложными и зависят от:

• температуры масла и деталей двигателя;

• взаимодействия с продуктами сгорания топлива и др. Термоокислительные процессы ухудшают эксплуатационные свойства и поэтому стойкость к окислению является одной из основных характеристик масел. Для оценки стойкостн к окислению моторных масел, при определении их уровня качества, используют не .ко лабораторные, но и стендовые (моторные) испытания, которые наиболее близко соответствуют реальным условиям эксплуатации.