Технический блог. 2. Физико-химические, эксплуатационные показатели масел и методы их оценки
Методы испытания смазочных масел подразделяют на лабораторные, стендовые и эксплуатационные. При лабораторных испытаниях оцениваются физико-химические показатели масел с использовании специальных приборов и установок. При создании смазочных материалов использование лабораторных методов позволяет в короткий срок оценить влияние состава композиций базовых масел и присадок на основные физико-химические характеристики разрабатываемого продукта и, на базе накопленного опыта, прогнозировать их поведение в условиях эксплуатации. По результатам лабораторных испытаний решается вопрос целесообразности проведения других видов испытаний. При производстве масел использование лабораторных методов позволяет судить об идентичности каждой из выпущенных партий образцам, прошедшим всесторонние испытания. Сведения об основных физико-химических показателях, используемых при оценке качества смазочных масел лабораторными методами приведены в табл. 1.
Данные о примерном соответствии лабораторных методов оценки физико-химических характеристик в соответствии с стандартами ГОСТ, ГОСТ Р, ASTM, EN, DIN, IP, CEC и ISO приведены в табл. 2. Стендовые испытания масел проводятся на установках, моделирующих условия работы реального узла или агрегата. В некоторых случаях для получения более достоверных результатов испытаний используются стенды с применением узлов и агрегатов реальных машин и механизмов. Эксплуатационные испытания проводятся на реальных машинах и механизмах. Основное отличие этих испытаний от обычной эксплуатации состоит в том, что работа узлов и агрегатов (расход запчастей, число ремонтов, расход масла), в которые залито опытное масло находятся под особым контролем. В таких испытаниях могут участвовать от нескольких десятков до нескольких сот единиц техники, а срок испытаний достигать нескольких лет.
Таблица 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
ПЛОТНОСТЬ
Сущность показателя
Физическая константа, масса единицы объема. Выражается в кг/м3, г/см3.
Связь с эксплуатационными показателями масел
Зависит от фракционного состава базовых масел. Плотность зависит от химического строения продукта. У продуктов одного вида она возрастает при увеличении вязкости и снижается при улучшении качества рафинирования.
По показателю плотности можно судить о составе базового масла Используется главным образом для контроля качества при производстве и хранении масел. Применяется также для пересчета объемных единиц в массовые при отпуске масел потребителю.
Цвет
Сущность показателя
Качество и товарный вид масла иногда оцениваете по его цвету и прозрачности.
Связь с эксплуатационными показателями масел
Цвет масла зависит от присутствия темных смолистых веществ и от свойств нефти. По цвету масло, можно приблизительно судить о качестве очистки.
ВЯЗКОСТЬ
Сущность показателя
Показатель, указывающий свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению, обусловленное внутренними молекулярными взаимодействиями в движущейся среде.
Динамическая вязкость ( ) — мера сопротивления жидкости течению. Определяется на ротационных вискозиметрах или рассчитывается как произведение кинематической вязкости (v) жидкости и ее плотности (р) при той же температуре. Выражается в паскаль-секундах (Паoс) или пуазах (П); 1П=0,1 Паoс.
Кинематическая вязкость (v) — мера сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационных сил. Определение проводится капиллярными вискозиметрами. Выражается в м2/с, мм2/с или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с = 10-6м2/с.
Условная вязкость (ВУ) — отношение времени истечения определенного количества испытуемой жидкости при заданной температуре из вискозиметра типа Энглера ко времени истечения дистиллированной воды. Выражается условных единицах (ВУ).
Связь с эксплуатационными показателями масел
Важнейший показатель, определяющий пусковые и эксплуатационные характеристики машин и механизмов.
В узлах трения смазочные масла должны обладать достаточно низкой вязкостью для того, чтобы обеспечить минимальные потери энергии на перемешивание и преодоление внутреннего трения, беспрепятственное покачивание масла насосом по смазочной системе (особенно при низких температурах). В то же время, они должны иметь достаточно высокую вязкость для того, чтобы обеспечить режим трения со смазкой, гарантирующим реализацию нормального изнашивания и отсутствие повреждаемости поверхностей трения, а также низкий уровень утечек через уплотнения (особенно при повышенных температурах).
Вязкость зависит от состава масла, а также температуры, давления, скорости сдвига и времени работы масла в узле трения. С увеличением температуры вязкость масел уменьшается, а с повышением давления — увеличивается. В связи с возрастающим использованием в составе смазочных масел противоизносных, противозадирных, антифрикционных, загущающих и др. присадок значение вязкости (определяемой классическими методами), как основного показателя, характеризующего режим смазывания узлов трения, постепенно снижается. Поэтому в последние годы для оценки динамической вязкости все более широкое применение находят специфические показатели холодного пуска (Cold Cranking), прокачиваемости при низких температурах (Pumping) и динамической вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига (HT/HS), определяемые на специальных установках.
ИНДЕКС ВЯЗКОСТИ
Сущность показателя
Относительная безразмерная величина, характеризующая степень изменения вязкости в зависимости от температуры; рассчитывается или находится по таблицам и номограммам в зависимости от значений кинематической вязкости при 40 и 100°С.
Связь с эксплуатационными показателями масел
По индексу вязкости (ИВ) масла делят на низкоиндексные (ИВ < 80), среднеиндексные (ИВ = 80-90), высокоиндексные (ИВ = 90-100 и выше). Чем выше индекс вязкости, тем лучше качество масла, тем меньше вязкость зависит от изменения температуры. Большинство нефтяных (минеральных) базовых масел имеют индекс вязкости от 0 до 100, а загущенные всесезонные масла — более 100.
Характеристики низкотемпературной вязкости:
• максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая запуск холодного двигателя и является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холод¬ном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигате-ля CCS (Cold Cranking Simulator ) (DIN 51 377, ASTM D 2602). Определяется в сантипуазах (сП) при разных заданных тем¬пературах, с предполагаемой степенью вязкости SAE для моторного масла (-5° для SAE 25W; -10° для SAE 20W; -15° для SAE 15W; -20° для SAE 10W; -25° для SAE 5W и -30°С для SAE 0W).
Имитатор CCS является ротационным вискозиметром с малым расстоянием между профилированным (не цилиндрическим) ротором и прилегающим к нему статором, имитируя тем самым зазоры в подшипниках двигателя. Специальным двигателем поддерживается постоянный крутящий момент при заданных температурах, а скорость вращения является мерой вязко¬сти.
• максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая прокачиваемость масла в двигателе определяется по методу ASTM D 4684;
Вязкость прокачивания (pumping viscosity) является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. Вязкость прокачивания измеряется в сантипуазах (сП = мПа с) . Этот показатель важен для масел, способных желировать при медленном охлаждении. Таким свойством чаще всего обладают всесезонные минеральные моторные масла (SAE 5W-30, SAE 10W-30 и SAE 10W-40). При испытании определяется либо напряжение сдвига, необходимое для разру¬шения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. Вязкость прокачивания определяется при разных заданных температурах (от -15° для SAE 25W до -40°С для SAE 0W). Прокачивание обеспечивается только для масел с вязкостью не более 60 000 mPa s. Наименьшая температура, при которой масло может прокачиваться, называется нижней температурой прокачивания, ее значение близко к наименьшей температуре эксплуатации.
• фильтруемость моторных масел при низкой температуре показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, приводящих к закупориванию масляного фильтра, образующимся в присутствии воды и конденсата прорывающихся картерных газов при краткосрочной работе после длительной стоянк. Некоторое влияние на фильтруемость может оказать наличие воды в холодном масле. Фильтруемость моторных масла определяется в %.
Оценку проводят по относительному снижению скорости потока через фильтр при последовательном испытании масла и смеси масла с водой. Снижение скорости потока не должно быть более чем на 50%.
• Температурная зависимость вязкости при низкой температуре и низком напряжении сдвига определяется по методике ASTM D 5133 при помощи сканирующего вискозиметра Брукфильда. . Этот показатель необходим для оценки способности масла поступать в систему смазки и к узлам трения в холодном двигателе после его длительного пребывания при низкой температуре. Перед измерением масло должно пpoйти определенный цикл охлаждения, как и при определении равновесной температуре застывания .Такое испытание занимает много времени и применяется в основном при разработке новых рецептур масел.
Характеристики высокотемпературной вязкости:
• Вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига HTHS, определяемая при температуре 150°С и скорости сдвига 106 с-1 Определяется: в Америке —по методике ASTM D 4683, а в Европе — по методикам СЕС L-36-A-90 или ASTM D 4741;
• Стабильность к сдвигу (shear stability) — это способность масла сохранять стабильную вязкость при продолжительном воздействии высокой деформации сдвига.
Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей) входящих в состав масла. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины.
При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость.
Такое снижение вязкости называется временным и иногда наблюдается при определении HTHS вязкости на ротационном вискозиметре — имитаторе конического подшипника.
«Домашний» способ определения качества смазочных материалов
Мы начнём этот раздел с некоторого просвещения посетителей нашего сайта о том, что такое качественные смазочные материалы. В термине смазочные материалы обобщается понятие всех видов смазок применяемых в различных механизмах и устройствах.
Рассмотрим моторные масла, как наиболее часто применяемый смазочный материал обыкновенным человеком, владельцем автомобиля.
Обилие моторных масел на рынке невообразимо. Кто только не пытается перераспределить содержимое кошельков автовладельцев на свои банковские счета. Зайдя в магазин и глядя на полки нужно крепче его (кошелёк) прижимать к себе. Поборитесь с внутренним желанием сразу его раскрыть, увидев красивую рекламу или убедительный известный бренд. Времена романтического капитализма, на наш взгляд, давно прошли, сейчас на дворе гуляет глобализм. Судить уже нужно не по известному бренду, торговой марке, красивой упаковке, а по результатам работы продукта.
Даже не имея лаборатории можно по косвенным признакам составить представление о работоспособности моторного масла. Известный изобретатель Т. Эдисон ставил свои эксперименты с помощью подручных материалов: баночек, проволочек и верёвочек. Поступим и мы так же. Воспользуемся холодильником, промокательной бумагой и, конечно, органолептическим методом оценки.
Делаем простое умозаключение – моторное масло должно смазывать двигатель, защищая его от износа, работать как зимой, так и летом, в городской пробке и на скоростной трассе. Хорошая смазка должна быть скользкая! Как проверить смазывающие свойства? Все компании пользуются такими эпитетами, которые характеризуют масла не иначе как в превосходной форме. И читая рекламные материалы, сделать выводы на их основе невозможно. Остаётся опираться на мнение специалистов, а они, как правило, работают на производителей смазочных материалов и могут в открытой печати избегать прямых высказываний. Попытаемся в этом разобраться сами:
В первую очередь возьмём капельку испытуемого масла и разотрём её между пальцами. Масляная плёнка должна быть прочной, хорошо и долго скользить. «Потрите» так разные масла и вы убедитесь в том, что они существенно отличаются друг от друга. Составьте свой рейтинг «скользкости» и устойчивости плёнки к длительному растиранию между пальцами.
Второе , посмотрим, как масло работает в двигателе, например в машине вашего товарища (ведь он уже купил масло, а вы только собираетесь). Откроем крышку маслоприёмной горловины двигателя, для этой оценки пробег должен составлять более 3-4 тыс.км. . Поднесём её к носу и понюхаем: хорошее моторное масло не должно пахнуть горелым. Некоторые начинают пахнуть уже через 2,0-3,0 тыс.км. пробега. У хороших масел, запах появится к концу рекомендованного срока службы. У отличных, может и совсем не быть. Попробуйте понюхать, как ведут себя различные моторные масла, в двигателях авто ваших знакомых. И вы сможете составить себе представление о работоспособности различных марок масла.
Третье – визуальный контроль за состоянием и работоспособностью моторного масла.
Берём белую плотную промокательную бумагу или плотную салфетку имеющую размер не менее 150*150. Кладем на ровную горизонтальную поверхность. Несколько раз из горячего двигателя, с помощью масляного щупа, достаём масло и капаем в центр салфетки пять капель. Ждём около 10 мин., когда масло растечётся, образуя окружность. По цвету пятна можно судить о работоспособности моторного масла. Коричневый цвет растёкшегося масла и горелый запах говорят о низкой температуре его вспышки и соответственно- низком качестве, в следствии применения низкосортной базовой основы. Или это может сигнализировать о плохой работе топливной аппаратуры и попадании в масло избытков несгоревшего бензина. Нужно внимательно принюхаться, в этом случае от масла должен исходить легкий запах бензина. Также это может происходить, когда масло хорошее, топливная аппаратура исправна, а вредит всему некачественное топливо. Вот в этих случаях к автомобилисту всегда на выручку приходят продукты ТОТЕК, обеспечивая сгорание любого плохого топлива.
Если растёкшееся пятно имеет черноватый оттенок и кайма вокруг пятна масляная слегка желтоватая, а масло почти ничем не пахнет (лёгкий запах будет всегда) это признак того что у вас всё в порядке.
Обычный домашний холодильник поможет разобраться в низко- температурных возможностях купленного масла. Отберите пробы в прозрачные пол литровые бутылки из под воды, заполнив их до половины, горизонтально положите в морозильную камеру, поместите туда же уличный термометр, что бы знать какая истинная температура в морозильнике (желательно проверять при температуре не выше -15С). Продержите пробы 4 часа, зафиксируйте температуру, достав первым термометр. Одновременно поставьте на стол в вертикальное положение бутылки с пробами масла. То масло, которое быстрее примет горизонтальное положение- лучшее, а то которое длительно остается в начальном положении, стоит забраковать.
Настоящая инструкция не является последней истиной в инстанции, а служит всего лишь руководством для относительной оценки свойств моторных масел.
Испытания смазок: основные виды тестирований
Испытание смазок – это экспериментальное определение каких-либо характеристик смазочных составов.
В зависимости от целей исследований выделяют испытания на процентное содержание определенных компонентов, защитные свойства, водо- и термостойкость, совместимость с различными материалами и так далее.
Рассмотрим наиболее распространенные виды испытаний смазок.
Качественный анализ смазок
Данные тестирования проводят с целью определения процентного содержания того или иного компонента в составе смазочного материала. Результаты таких исследований не являются критерием для определения эксплуатационных характеристик.
Смазки исследуют на содержание золы, нерастворимых компонентов, мыла, свободной щелочи, кислоты, воды, глицерина, нефтяного масла и других составляющих.
Исследования на антифрикционные и противозадирные свойства
Исследования на способность смазочных материалов снижать трение и износ элементов, а также предотвращать задиры при высоких нагрузках проводят с помощью машины трения.
Чаще всего пластичные и жидкие составы тестируются на четырехшариковом аппарате, три неподвижных элемента которого полностью помещаются в смазочный материал. Один шарик, установленный сверху, осуществляет возвратно-поступательные движения относительно зафиксированных деталей.
Степень износа шариков с той или иной смазочной жидкостью определяется по изменениям их геометрии – подвижный элемент изменяется в размере, на поверхности неподвижных образуются углубления.
Также определяют предельную нагрузку, при которой образуются задиры, измеряют силу трения.
Твердые смазочные материалы чаще всего тестируются на машине трения с парами образцов «шар-диск». Однако на таких установках испытываются и другие типы смазок.
Для смазок, которые применяются в условиях повышенных нагрузок, актуальны триботехнические испытания по методу Райхерта. По результатам испытаний определяется величина линейного износа на неподвижном ролике и рассчитывается линейная интенсивность изнашивания контр-тела как отношение линейного износа к пути трения.
Данные тесты проводятся с целью контроля качества произведенной смазки, совершенствования уже выпущенных в оборот материалов, разработки новых или сравнения имеющихся составов.
Антикоррозионные испытания
Консервационные смазочные материалы предназначены для защиты металлических деталей от разрушения под воздействием агрессивных условий окружающей среды.
Испытания смазок на антикоррозионные свойства проводятся в специальных камерах, в которых искусственно создаются агрессивные среды, повторяющие и усиливающие нормальные условия эксплуатации деталей.
Например, для тестирования консервационных материалов, предназначенных для функционирования в морской среде, их помещают в камеру соляного тумана.
Результаты ускоренных испытаний позволяют определить примерный срок службы материалов в реальных условиях эксплуатации, однако данные заключения лучше использовать для сравнения свойств защитных составов, а не прогнозирования их ресурса.
Ускоренные испытания смазок на антикоррозионные свойства проводит компания «Моденжи» в своем Инженерном центре, расположенном в городе Брянске. На видео продемонстрирован внешний вид установки для тестирования материалов на стойкость к коррозии и процесс ее функционирования.
Тесты на водостойкость
Данные испытания позволяют оценить степень изменения свойств смазочного материала при его контакте с водой.
Результатом исследований является определение максимальной температуры, при которой не происходит смывания смазки с поверхности.
Определение совместимости с уплотнениями
Многие смазочные материалы оказывают разрушительное воздействие на полимерные соединения. С целью определения возможности использования того или иного состава на уплотнительных элементах замеряют степень изменения размера деталей после некоторого времени контакта со смазкой.
Тест потерь на испарение
Данные испытания позволяют определить потери смазочного материала при определенной температуре. Стандартное время теста – 24 часа.
В результате измеряют процент изменения количества смазки до начала исследования и после его завершения.
Присоединяйтесь
Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО «НОВЫЕ РЕШЕНИЯ» ИНН 5751054390
© 2004 – 2023 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ.
Все смазочные материалы представлены смазочными маслами и консистентными смазками. Смазочные масла при обычной температуре находятся в жидком состоянии и по назначению они подразделяются на моторные, трансмиссионные, индустриальные, турбинные, электроизоляционные, консервационные, компрессорные и прочие.
Для определения их качества используются следующие методы испытаний, которые подразделяются на:
- лабораторные
- стендовые
- эксплуатационные
Лабораторные испытания смазочных масел позволяют оценивать физико-химические показатели масел с помощью применения специального оборудования — приборов и установок. Лабораторные методы испытаний очень полезны при создании смазочных материалов, т.к. обеспечивают получение важных показателей в самый короткий срок, что дает возможность оперативно оценивать влияние состава композиций базовых масел и присадок на основные физико-химические характеристики разрабатываемого продукта, а уже на базе накопленного опыта можно прогнозировать поведение его в условиях эксплуатации.
По результатам лабораторных испытаний также можно решать вопрос целесообразности проведения других видов испытаний, т.к. при производстве масел использование лабораторных методов позволяет судить об идентичности каждой из выпущенных партий масел исходным образцам, прошедшим всесторонние испытания.
Для анализа качества смазочных масел лабораторными методами используются следующие основные физико-химические показатели: вязкость (кинематическая, условная), зольность, зольность сульфатная, индекс вязкости, испаряемость, кислотное число, испаряемость, кислотное число, коксуемость, коррозионность, массовая доля активных элементов, массовая доля воды, массовая доля механических примесей, механическая стабильность, моющие свойства по ПЗВ, моющий потенциал, плотность, склонность масла к пенообразованию, совместимость с резиновыми уплотнениями, стабильность по индукционному периоду осадкообразования (ИПО), степень чистоты, температура вспышки, температура застывания, термоокислительная стабильность, трибологические свойства, цвет по ЦНТ, щелочное число.
Далее приведены стандартные варианты оценки физико-химических свойств смазочных масел при использовании лабораторных методов в соответствии с стандартами ГОСТ, ГОСТ Р, ASTM, EN, DIN, IP, CEC и ISO:
Стендовые испытания смазочных масел проводятся на установках, моделирующих условия работы реального узла или агрегата. В ряде случаев для получения более достоверных результатов испытаний используются стенды с применением узлов и агрегатов реальных машин и механизмов.
Эксплуатационные испытания смазочных масел проводятся в реальных условиях эксплуатации на конкретных машинах и механизмах. Основное отличие этих испытаний от обычной эксплуатации состоит в том, что за работой узлов и агрегатов, в которые залито опытное масло, ведется полный контроль, учитывается расход запчастей, число ремонтов и расход масла. В таких испытаниях могут участвовать от нескольких десятков до нескольких сот единиц техники, а срок испытаний достигать нескольких лет.
Испытательная лаборатория «МОРТЕСТСЕРВИС» выполняет полный комплекс лабораторных испытаний физико-химических свойств смазочных масел на современном оборудовании с применением методик ГОСТ, ASTM, ISO, что позволяет грамотно и оперативно оценить качество и состояние смазочных материалов.