Анализ смазок

Пластичными, или консистентными смазками называется большая группа нефтепродуктов различного назначения, представляющих собой мазеобразные, иногда почти твердые, пластичные вещества коллоидной структуры. Как правило, пластичные смазки изготавливаются путем загущения различных нефтяных, а иногда и синтетических масел каким-либо загустителем. В качестве загустителей применяют кальциевые, натриевые, литиевые, алюминиевые, бариевые и другие соли высших жирных кислот (мыла), твердые углеводородные продукты (церезин, петролатум, парафин) и различные неорганические вещества (бентонитовые глины, силикагель и др.).

По техническому назначению пластичные смазки принято делить на следующие группы.

1. Антифрикционные смазки закладываются в узлы трения в целях уменьшения износа и снижения трения, а также для герметизации и защиты деталей узла трения от пыли, влаги и коррозионных агентов внешней среды.

2. Защитные смазки предназначены для покрытия различных металлических изделий и деталей в целях предохранения их от коррозии и порчи при длительном хранении.

3. Уплотнительные смазки предназначены для герметизации сальников, кранов, стыков труб, затворов газгольдеров и т.п.

Остановимся вкратце на эксплуатационных свойствах пластичных смазок, требованиях к ним и нормируемых показателях.

Объемно-механические свойства. Эксплуатационные свойства антифрикционных смазок в сильной мере зависят от так называемых объемно-механических характеристик. Консистентные смазки, являясь коллоидными системами, могут проявлять механические свойства, характерные, как для твердых тел, так и для жидкостей. Так, при сравнительно небольших нагрузках смазки обладают способностью сохранять свою форму. Под действием собственного веса смазки не стекают с вертикальных поверхностей и не выбрасываются из незакрытых узлов трения под действием центробежной силы. Это весьма существенное эксплуатационное качество смазок, присущее твердым телам, оценивается пределом прочности.

Под пределом прочности смазки понимают то минимальное давление (напряжение сдвига), которое вызывает разрушение коллоидной структуры, в результате чего происходит сдвиг смазки и она начинает течь, как вязкая жидкость. Определение предела прочности необходимо проводить при температурах, близких к эксплуатационным для данной смазки, на специальном приборе - прочномере СК по ГОСТ 7143-73.

Когда смазка находится под нагрузкой, превышающей ее предел прочности, т.е. когда ее структурный каркас, образованный загустителем и обусловливающий ее упругопластические свойства, разрушается, смазка начинает течь и превращается как бы в вязкую жидкость. Следовательно, в этих условиях механические свойства смазки, должны были бы зависеть от вязкости. Однако вязкостные свойства смазок резко отличаются от вязкостных свойств нефтяных масел. Вязкость масел и других жидкостей при данной температуре - величина постоянная, независимая от относительной скорости передвижения слоев масла, т.е. от градиента скорости сдвига, а следовательно, и от диаметра капилляра вискозиметров.

Пластичные смазки благодаря коллоидным особенностям своей структуры, наоборот, характеризуются так называемой структурной или аномальной вязкостью. Их вязкость при постоянной температуре сильно зависит от градиента скорости сдвига. Чем он больше, тем вязкость смазки меньше. В практике применения пластичных смазок это имеет положительное значение, так как увеличение скорости движения трущихся частей в механизмах сопровождается, уменьшением вязкости смазки, что относительно снижает общее сопротивление системы движению. Общее - течение слоев, как в масле, в смазке не имеет места. Течение, или неупругая деформация смазки состоит из суммы деформаций ее отдельных структурных элементов, зависящих от скорости сдвига. Следовательно, понятие вязкости смазок весьма условно, и постоянного показателя вязкости они не имеют. Необходимо отметить, что вязкость смазок с изменением температуры изменяется во много раз меньше, чем у нефтяных масел. Это, конечно, является также положительной характеристикой пластичных смазок.

Таким образом, вязкостные свойства смазок наиболее правильно характеризуются не абсолютными значениями вязкости, а кривыми зависимости вязкости от градиента скорости сдвига при различных температурах.

Все смазки, являясь коллоидными системами, характеризуются тиксотропными свойствами, т.е. способностью к разрушению своей структуры при механическом воздействии и дальнейшему хотя бы частичному ее восстановлению.

О степени консистентности (густота) смазок, в какой-то мере отражающей ее механические свойства, судят по пенетрации.

С повышением температуры наступает такой момент, когда смазка теряет свойства твердого тела и начинает течь. О температуре, при которой это происходит, судят по температуре каплепаденал. Она нормируется для большинства выпускаемых групп и сортов этого класса нефтепродуктов. Температура каплепадения для разных смазок изменяется в широком интервале от 40 до 200°С.

Физико-химические свойства. Наряду с механическими свойствами смазок большое эксплуатационное значение имеют их физико-химические свойства, а также показатели, нормирующие содержание различных компонентов и нежелательных примесей.

Ко всем смазкам без исключения предъявляется требование - не вызывать коррозии смазываемых поверхностей. Коррозия может обусловливаться наличием в смазках свободных органических кислот, особенно низкомолекулярных, и щелочей. Кроме того, при длительной эксплуатации в условиях, способствующих окислению, первоначально инертная смазка может стать коррозионно агрессивной в связи с накоплением в ней кислых продуктов окисления. Испытание смазки на коррозию чаще всего проводят ускоренным методом при 100°С в течение 3 ч (ГОСТ 9.080-77). О результатах испытания судят по внешнему виду металлических пластинок после выдерживания их в смазке. Для многих смазок стандартизованы специальные условия испытания на коррозию. Для мыльных смазок на синтетических кислотах нормируется отсутствие свободных органических кислот, а для углеводородных - кислотное число не более 0,1-0,3 мг КОН на 1 г. Для многих смазок установлена также норма на содержание свободных щелочей в пересчете на NaOH - не более 0,1-0,2%.

Следующим не менее важным эксплуатационным свойством смазок является их стабильность. Различают коллоидную, термическую и химическую стабильность.

Пластичные смазки, являясь каллоидными структурированными системами, склонны при хранении или в рабочих условиях даже при обычной температуре выделять масло, причем иногда в значительных количествах (до 20% и выше). Это явление особенно характерно для смазок, изготавливаемых на маловязких нефтяных маслах с небольшим количеством загустителей. В лабораторных условиях о коллоидной стабильности смазок судят по количеству масла (в%), отпрессованного от смазки в стандартных условиях испытания на приборе КСА. Чем меньше отделится при этом масле, тем выше коллоидная стабильность смазки. Коллоидная стабильность смазок разного состава нормируется в пределах от 5 до 30%.

При повышении температуры возможность отделения масла увеличивается. Так как в рабочих условиях это недопустимо, то для ряда смазок в технические нормы введен показатель термическая стабильность. Под термической стабильностью понимают способность смазки при определенной температуре в течение определенного времени не отделять масла.

Химическая стабильность, т.е. стойкость к окислению кислородом воздуха при хранении и в тонком слое в рабочих условиях, является весьма существенным свойством смазок. Углеводородные смазки обладают лучшей химической стабильностью, чем мыльные, так как многие мыла способны катализовать реакции окисления. Наибольшее значение стойкость против окисления имеет для тугоплавких антифрикционных смазок, предназначенных для работы при повышенных температурах. Для этих смазок определение химической стабильности по ГОСТ 5734-76 заключается в окислении смазки, которая нанесена тонким слоем на медную пластинку, помещенную на 10 ч в термостат при температуре 120°С. В конце испытания наблюдают за состоянием поверхности смазки и увеличением против допустимой нормы кислотного числа, характеризующего стабильность смазки.

Для многих смазок нормируется содержание воды. В углеводородных и натриевых смазках присутствие воды, как правило, не допускается. Наоборот, в кальциевых, мыльных смазках вода является необходимой составной частью, стабилизирующей коллоидную структуру смазки. Содержание воды в этих смазках колеблется от 1,5 до 3%. Определение воды в смазках проводят обычным методом отгонки с растворителем.

Очень нежелательно даже минимальное содержание в смазках механических примесей, так как они не отстаиваются при хранении смазки и не отфильтровываются при подаче к узлу трения. Попадание в смазку различных загрязнений может вызвать абразивный износ смазываемых деталей.

Отбор пробы смазок

Смазки высокоплавкие (температура каплепадения выше 70°С) и низкоплавкие (температуре каплепадения ниже 70°С) упаковываются в стальные бочки с широкой горловиной и со съемным верхним днищем, в бочки и барабаны деревянные, в бидоны и тубы металлические и пластмассовые.

Средняя проба смазки составляется так же, как и для жидких нефтепродуктов, упакованных в мелкую тару.

Пробу отбирают трубкой с продольным вырезом, винтовым или поршневым щупом. Трубку с продольным вырезом ввинчивают до дна тары, а затем вынимают и шпателем снимают смазку. Винтовой щуп ввинчивают в смазку до дна тары, а затем извлекают и снимают с него смазку шпателем. Первый слой пробы на дне щупа 5 мм отделяют и не включают в пробу. Поршневой щуп вдвигают в смазку до дна тары, затем поворачивают на 180°С, чтобы отрезать проволокой пробу смазки в щупе, извлекают щуп из упаковки и выдавливают пробу поршнем. Смазку с конца щупа на длине 5 мм снимают отдельно и не включают в пробу.

Из всех упаковок пробы отбирают в равных количествах. Все пробы вносят в один чистый сосуд и перемешивают смазку шпателем.

Определение пенетрации

Пенетрация характеризует консистентность, или густоту, смазки. По пенетрации судят о степени мягкости или твердости смазки. Числом пенетрации называется глубина погружения стандартного конуса в смазку за 5 с в градусах. Число градусов соответствует числу десятых долей миллиметра глубины погружения конуса в смазку. Естественно, чем глубже погружен в смазку конус, тем смазка мягче, и, наоборот, у более твердых смазок число пенетрации меньше. Для большинства смазок число пенетрации при 25 °С находится в широких пределах от 200 до 360 град, а для отдельных смазок - от 30 до 100 град (бензоупорная, смазка ИП-2 идр.).

Пенетрадия является эмпирической условной величиной, не имеющей самостоятельного физического смысла. При заводском контроле определение пенетрации позволяет следить за правильностью производственного процесса. Что же касается эксплуатационных механических свойств смазок, то они пенетрацией характеризуются крайне недостаточно.

Аппаратура

Определение пенетрации проводят на пенетрометре. На основании прибора укрепляется подвижный столик и массивный штатив. На штативе с помощью плеча-держателя закреплен стержень с конусом 1 общим весом 1,5 Н (150 гс). С включением кнопки 2 конус может получить свободное движение вниз. В верхней части штатива крепится с помощью второго плеча-держателя Циферблат 4 со стрелкой 5. Стрелка связана с кремальерой 5, при помощи которой может передвигаться по циферблату, разделенному на 360°, отмеряемый стрелкой на циферблате, соответствует 0,1 мм продольного движения кремальеры.

Для набора пробы смазки и ее перемешивания перед определением применяют смеситель - металлический стакан с крышкой и мешалкой (рис. 48).

Термостатирование испытуемой смазки осуществляется в водяной ванне, на дне которой установлена на ножках дырчатая пластина, на которую ставят стакан со смазкой.

Методика определения

Испытуемую смазку загружают в стакан смесителя путем вмазывания. При этом следят, чтобы в смазке не осталось пузырьков воздуха. В стакан вносят такое количество смазки, чтобы она заполнила весь стакан и выступала из него примерно на 15 мм в виде шарового сектора. Затем завинчивают съемную крышку стакана. Стакан с пробой ставят в ванну, погружая его полностью вместе с крышкой, и выдерживают в течение 1 ч при заданной температуре (обычно при 25°С). Через 1 ч стакан вынимают из ванны, прикрепляют его к подставке и, присоединив рукоятку смесителя, перемешивают смазку 60 раз в течение 1 мин. Эта операция имеет целью гомогенизировать смазку и оказывает большое влияние на результаты определения. Перемешивание необходимо, проводить тщательно.

После перемешивания смазки отвинчивают крышку и погружают открытый стакан до резьбы в ванну на 15 мин. Ванну со стаканом переносят на столик пенетрометра и выравнивают ножом поверхность смазки, снимая ее избыток. С помощью кнопки 2 подводят конус к поверхности смазки, но так, чтобы его наконечник касался смазки в центре стакана. С другой стороны, необходимо избежать соприкосновения конуса со стенками стакана. Затем опускают кремальеру 3 до соприкосновения со стержнем, в котором закреплен конус. Стрелку циферблата устанавливают на нуль.

Убедившись в правильности подготовки прибора, нажимают кнопку 2 и одновременно включают секундомер. Конус под давлением собственного веса и веса стержня свободно входит в смазку. Ровно через 5 с кнопку для закрепления конуса отпускают. Для замера глубины погружения конуса снова опускают кремальеру 3 до соприкосновения со стержнем. Вместе с кремальерой начнет передвигаться стрелка, которая и укажет на циферблате результат испытания.

Для подготовки прибора к следующему испытанию кремальеру и стержень с конусом приподнимают, а конус очищают от смазки ватой, смоченной бензином. Затем выравнивают поверхность смазки. При повторных испытаниях надо менять место соприкосновения наконечника конуса с поверхностью смазки.

Испытание проводят не менее пяти раз. За результат принимают среднее арифметическое из пяти совпавших (в допускаемых пределах) значений. Расхождения между результатами отдельных определений не должны превышать ±3% от среднего арифметического значения.

Определение температуры каплепадения

Температурой каплепадения называется температура, при которой из капсюля термометра Уббелоде в результате нагревания в стандартных условиях падает первая капля испытуемой смазки.

Хотя температура каплепадения характеризует эксплуатационные возможности испытуемой смазки для работы при повышенных температурах и отражает в какой-то мере ее состав и, главное, природу загустителя, все же это условная эмпирическая величина, которую нельзя отождествлять с температурой плавления. Иначе говоря, падение первой капли не всегда означает, что при данной температуре испытуемая смазка потеряла пластичность и начала течь. Иногда это происходит благодаря плохой термической стабильности смазки. Смазка еще сохраняет какой-то предел прочности, - но выделяет некоторое количество масла. Кроме того, поскольку смазки - не индивидуальные вещества, а сложные коллоидные системы, переход их в текучее (жидкое) состояние происходит в определенном температурном интервале, иногда довольно широком.

Устройство прибора

Определение проводят со стандартным термометром Уббелоде (рис. 49), в нижнюю часть которого наглухо вделана металлическая гильза, снабженная нарезкой, на которую навинчивается металлическая трубка с отверстием. В это отверстие вставляется стеклянный капсюль (чашечка) тоже стандартных размеров.

Подготовленный термометр укрепляется на пробке в пробирке диаметром 40 и длиной около 200 мм. Пробирка, закрепленная на штативе, вставляется в стакан-баню, в который в зависимости от ожидаемой температуры каплепадения наливается вода или глицерин.

Подготовка прибора и методика определения

Испытуемую смазку вмазывают шпателем в капсюль прибора, следя за тем, чтобы в продукте не было воздушных пузырьков, и срезают излишки ножом. Вставляют заполненный и обтертый снаружи капсюль в гильзу термометра. Верхний край капсюля должен упереться в буртик гильзы. Избыток смазки, вытекающий из нижнего отверстия, срезают. Если анализируются твердые продукты или углеводородные смазки, то испытуемый продукт вначале нагревают до 100°С и наливают в капсюль по каплям. Капсюль при этом устанавливают на гладкую металлическую поверхность. На дно сухой чистой пробирки кладут кружок белой бумаги и вставляют в эту пробирку подготовленный термометр так, чтобы нижний край капсюля отстоял на 25 мм от кружка бумаги на дне пробирки. Переносят пробирку в водяную или глицериновую баню. Глицерин применяется для продуктов с температурой каплепадения выше 80 °С. Обогрев бани ведут с такой интенсивностью, чтобы температура, начиная с температуры на 20 °С ниже ожидаемой температуры каплепадения, повышалась со скоростью 1°С/мин.

За температуру каплепадения испытуемого нефтепродукта принимают температуру, при которой упадет первая капля или дна пробирки коснется столбик нефтепродукта, выступивший из отверстия капсюля. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 1°С.

смазка прочность стабильность пенетрация

Размещено на Allbest.ru