5.6. Эксплуатационные свойства масел. Понятие об индексе вязкости. Классификации моторных масел: отечественная, SAE, ACEA, API.

СМАЗОЧНЫЕ   МАСЛА

Смазочные масла, применяемые практически во всех областях техники, в зависимости от назначения выполняют следующие основные функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей загрязнения и продукты изнашивания. Масла служат рабочими жидкостями в гидравлических переда­чах, электроизоляционной средой в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях, используются для приготовления смазок, присадок и т. п.

По области применения масла разделяют на моторные (для карбюраторных, дизельных и авиационных двигателей), трансмиссионные, турбинные, компрессорные (для воздушных и холодильных компрессоров), электроизоляционные, индустриальные (общего назначения, для гидросистем, зубчатых передач, направляющих скольжения, специальные), приборные.

В товарном ассортименте более 400 марок масел различного назначения, однако широко распространено ограниченное их количество.

По источнику сырья масла подразделяют на минеральные (нефтяного происхождения), синтетические, а по способу получения — на дистиллятные, остаточные (получаемые из остатка перегонки нефти — гудрона) и компаундированные (смешанные из дистиллятного и остаточного компонентов).

По способу очистки различают неочищенные масла (продукты прямой перегонки нефти), масла кислотно-щелочной, кислотно-контактной, селективной и адсорбционной очистки, гидрокрекинга. Основное количество масел производят с использованием процессов селективной очистки (очистки избирательными растворителями).

Качество масел различного назначения определяется показателями физико-химических и эксплуатационных свойств. К ним относятся вязкость и вязкостно-температурные свойства, температура застывания; коксуемость (для остаточных масел), цвет, фракционный состав и температура вспышки. Среди эксплуатационных свойств для большинства масел наиболее важны стабильность к окислению, смазочная способность; защитные и антикоррозионные свойства.         Кроме того, к различным группам масел предъявляются и специфические требования в зависимости от назначения и условий применения масел.

 Вязкость масел определяет надежность режима смазывания в условиях жидкостного трения. От вязкостно-температурных свойств наряду с температурой застывания, зависит тот интервал температур, в котором работоспособно масло. Кроме того, такой показатель, как индекс вязкости (ИВ), одновременно (наряду с цветом и коксуемостью) характеризует глубину очистки масел. Чем выше ИВ (и чем ниже показатели цвета и коксуемости), тем больше глубина очистки масел, лучше его химический состав и, следовательно, выше эксплуатационные свойства.

Фракционный состав и температура вспышки характеризуют испаряемость в условиях эксплуатации при высокой температуре. Чем ниже испаряемость, тем стабильнее свойства масла.

Стабильность к окислению, высокие моющие свойства особенно важны для моторных и других масел, многократно прокачиваемых при высокой температуре через узлы трения или предназначенных для длительного применения без замены и дозаправки.

Противоизносные свойства характеризуют способность масел обеспечивать малое сопротивление граничных пленок тангенциальным перемещениям и высокое сопротивление контакту поверхностей под действием нормальной нагрузки, снижение их износа.

Для улучшения вязкостных, моющих, противоизносных, антиокислительных и других свойств масел к ним добавляют присадки или композиции различных присадок.

Классификации моторных масел

Моторные масла

В настоящее время кинематическая вязкость моторных масел измеряется при двух температурах (40°С и 100°С) в сантистоксах (сокращенно сСт). Принятая система обозначения моторных масел (кроме авиационных) основана на вязкости и эксплуатационных свойствах масел (ГОСТ 17479.1—85). Пример обозначения М-8В, М-6з/10В, М-6з/10Г₁.

Российская классификация по вязкости. Марки отечественных моторных масел начинаются с буквы М, (что значит "моторное"), за которой указывается величина вязкости (для всесезонных масел - двойное обозначение, разделенное знаком дроби). Завершается буквенным обозначением группы (А, Б, В, Г, Д, Е) с индексом 1 - для бензиновых или 2 - для дизельных двигателей. Отсутствие такого индекса указывает на универсальность масла. В маркировке загуститель обозначается строчной буквой "з", что свидетельствует о принадлежности масла к группе всесезонных.

По эксплуатационным свойствам предусмотрено деление масел на 6 групп в зависимости от эффективности и концентрации введенных присадок.

В мировой практике широкое распространение получили классификации по вязкости SАЕ (Американского общества автомобильных инженеров), API (Американскиq институт топлива) и ACEA (Ассоциация европейских производителей автомобилей).

ACEA

Разработана Ассоциацией европейских производителей автомобилей с учетом требований современных европейских автомобилей и условий их эксплуатации. Классификация делит моторные масла по типу двигателя на 3 группы:

• А (для бензиновых двигателей легковых автомобилей);
• В (класс масел для дизельных двигателей малой мощности, устанавливаемых на легковые и грузовые автомобили малой грузоподъемности);
• Е (класс масел для мощных дизельных двигателей тяжелых грузовых автомобилей, автобусов, тракторов и т. п).

Цифра, стоящая за буквой, отражает эксплуатационные достоинства масла. В каждой группе моторное масло делится на категории (1—5). Чем больше порядковый номер в группе, тем качественнее моторное масло. При дальнейшем видоизменении классификации АСЕА изменяют код года и этим определяют новый класс, например, А1-96 заменяют на А1-98, АЗ-96 на АЗ-98.

Ряд производителей автомобилей разрабатывают свои собственные требования к маслам, оценивая их качество на собственных двигателях. Только при эксплуатации двигателя с маслом, которое отвечает этим спецификациям, они принимают на себя полную гарантию производителя. Для этой цели автопроизводители вводят списки, в которые включены все проверенные и апробированные ими масла. К ним относятся: Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, Ford, Fiat ...

SAE

Классификация подразделяет моторные масла на шесть зимних классов0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W  в зависимости от вязкости при - 18 °С; и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60) - по вязкости при 100 °С. Всесезонные масла, пригодные для круглогодичного применения, обозначают сдвоенным номером, один из которых указывает зимний, другой — летний класс, например, SAE 5W-30 или 10W-40, 15W-40, 20W-50 и т. п. В обозначении всесезонного масла первое число указывает при какой температуре достигается значение динамической вязкости 30000сП (полное застывание масла). Второе число указывает кинематическую вязкость при 100 °С.

Принятый для летних классов числовой ряд приблизительно соответствует температуре воздуха в С, до которой допускается применение данного масла.

API 

 Данная классификация определяет допустимые пределы различных параметров с помощью различных испытательных двигателей, в том числе: чистоты поршня, износа поршневых колец и др..

Классификация моторных масел API разделена на 2 группы:

• Моторные масла для бензиновых двигателей
  (классы SE, SF, SG,SH, SJ)
• Моторные масла для дизельных двигателей
  (классы CC, CD, CE, CF, CG, CH)

Если моторное масло можно применять в обоих типах двигателей, то такому маслу присваивается два класса – для дизельных и для бензиновых двигателей. На этикетке масла эти классы разделены косой чертой (слеш) – например, API SJ/CF-4.

  Масла для карбюраторных двигателей

Выпускаются   масла  шести  классов  вязкости   (6,  8,   10,   12, 4з/6, 6з/10) и трех групп по условиям эксплуатации (А, В₁, Г₁). Масла группы А содержат незначительное количество присадок, улучшающих моющие и антиокислительные свойства, понижающих температуру застывания. Для всесезонной эксплуатации среднефорсированных автомобильных двигателей  предназначено масло М-8В₁ с комплексом эффективных присадок. Масла группы Г₁ используют в высокофорсированных двигателях современных легковых автомобилей.

Дизельные масла

Масла, вырабатываемые как без присадок, так и с композициями присадок различной эффективности, применяют в зависимости от степени форсирования двигателей, их конструкции, качества топлива. В соответствии с классификацией моторных масел вырабатывают дизельные масла всех групп.

Авиационные масла

Авиационные смазочные масла делят на масла для поршневых двигателей,   для   газотурбинных  двигателей  и   для   вертолетов.

С целью обеспечения работы поршневых двигателей винтомоторных самолетов и вертолетов, характеризующейся высокими рабочими температурами, давлениями, скоростями, применяют высоковязкие масла специальной очистки без присадок. Эти масла должны иметь высокие смазывающую способность, стойкость к окислению при высокой температуре и в условиях хранения, не должны вызывать коррозии конструкционных материалов. Кроме основного назначения, эти масла могут быть использованы в составе маслосмесей для турбовинтовых двигателей, в шарнирах винтов, редукторах и других узлах вертолетов; находят применение они и в регуляторах частоты вращения дизелей с автономными маслосистемами и картерах газомото-компрессоров (МС-20).

Газотурбинные двигатели делят на два типа — турбореактивные и турбовинтовые. Для турбореактивных, в отличие от поршневых  двигателей   применяют   масла   меньшей   вязкости.   Здесь масла смазывают подшипники турбины и компрессоров, коробки приводов, вспомогательные и другие механизмы. При работе и остановке двигателя развивается высокая температура, особенно в области подшипников турбины и компрессора. Прокачка масла в газотурбинных двигателях в 2—3 раза меньше, чем в поршнвых, а кратность циркуляции в 5 раз и более выше.

Основные требования к маслам: обеспечение запуска при низкой температуре, высокая термоокислительная стабильность, достаточные смазывающие свойства и стабильность при хранении, малая летучесть при высокой температуре, низкая коррозионность.

В турбовинтовых двигателях применяют нефтяные и синтетические масла. Широко используют в них маслосмеси, приготовляемые из стандартных масел МК-8 и МС-20 или МС-20с. Применяют также нефтяное (МН-7,5у) и синтетическое (ВНИИ НП-7) масла, содержащие загущающую, противоизносную и антиокислительную присадки.

В вертолетах масла смазывают двигатели, редукторы, шарниры винтов. В зависимости от типа двигателя применяют масла МС-20, МК-22, Б-ЗВ. В редукторах применяют, кроме перечисленных, гипоидное масло или его смесь с жидкостью АМГ-10. В шарнирах винтов употребляют масла МС-20, МК-22, МС-14, гипоидное масло и его смесь с АМГ-10, а также масло ВНИИ НП-25 — нефтяное низкозастывающее, загущенное высоковязким компонентом и содержащее антиокислительную присадку.

Трансмиссионные масла

Трансмиссионные масла предназначены для предотвращения или снижения износа используемых в редукторах и трансмиссиях элементов пар трения, для снижения потерь энергии на трение, отвода тепла от пар трения, уменьшения вибрации и шума шестерен, защиты их от ударных нагрузок, удаления из зоны трения продуктов износа и других загрязняющих масло примесей.

Согласно ГОСТ 17479.2—85, в зависимости от напряженности работы передач, трансмиссионные масла можно разделить на группы, а по величине кинематической вязкости при 100 °С — на классы.

Осевые масла

Предназначены эти масла для смазывания осей колесных пар железнодорожных вагонов и тепловозов, тендеров парово­зов с подшипниками скольжения, подшипников электровозов и других узлов трения подвижного состава железнодорожного транспорта и некоторых промышленных механизмов. Представ­ляют собой неочищенные мазуты эмбенских, ярегских и некоторых других нефтей. Изготовляют масла без присадок следующих марок: летнее «Л», зимнее «3» с температурой застывания не выше —40 °С и северное «С» с температурой застывания не выше —55 °С. На базе масла «С» путем добавления трикрезил-фосфата приготавливают масло осевое «Сп».

Рабочие жидкости для гидравлических систем (гидравлические масла)

Жидкости для гидравлических систем в зависимости от эксплуатационных свойств делят на группы (по ГОСТ 174793— 85У

1) не имеющие присадок или содержащие только загущающие присадки,   область   применения - малонапряженные   гидравлические системы с давлением 15 МПа и рабочей температурой до 70ºС

2) содержащие ингибиторы коррозии и окисления и применяемые в гидросистемах средней напряженности (до 25 МПа) при температуре до 90 °С;

3) содержащие,   кроме  ингибиторов   коррозии   и   окисления противоизносные и другие присадки и применяемые в гидросистемах высокой напряженности (свыше 25 МПа)  при температуре 90ºС

По назначению рабочие жидкости подразделяются на жидкости для гидросистем летательных аппаратов, подвижной наземной и корабельной техники, гидротормозные и амортизаторные жидкости на нефтяной и синтетической основе.  Эти жидкости содержат в качестве основы, главным образом, дистиллятные масла.

Энергетические масла

К группе энергетических относятся турбинные, компрессорные, электроизоляционные масла.

Турбинные масла применяют для смазывания и охлаждения подшипников турбоагрегатов, в системах регулирования турбоагрегатов, маслонапорных установках гидротурбин, механизмах судовых паротурбинных установок и др.

Турбинные масла должны обладать хорошей стабильностью против окисления при рабочей температуре (60—100 °С и выше)-обеспечивать длительную бессменную (несколько лет) работу без выделения продуктов окисления (осадков и агрессивных соединении); иметь низкую стойкость эмульсии с водой, проникающей в систему смазки при эксплуатации, не образовывать пены. Такие свойства турбинных масел могут быть обеспечены глубокой селективной или кислотно-земельной очисткой, а также введением композиции присадок, улучшающих антиокислительные антикоррозионные, деэмульгирующие, антипенные и прочие свойств.

Основной ассортимент турбинных масел составляют масла селективной очистки из сернистых нефтей с антикоррозионными, антиокислительными (антикоррозионной и противоизноснои) присадками, деэмульгатором. К маслам с присадками относится и масло для судовых газовых турбин на базе трансформаторного масла с противозадирной и антиокислительной присадками.  Аналогичные свойства и  область  применения имеют масла Т₂₂, Т₃₀, Т₄₆, Т₅₇ кислотно-земельной  очистки из малосернистых   беспарафинистых   нефтей.   Однако   область   их использования сокращается в связи с неперспективностью сырья.

Компрессорные  масла   используют  для   смазывания  деталей (цилиндров, клапанов) компрессорных машин, а также в качестве уплотняющей среды для герметизации камеры сжатия. Детали механизма движения обычно смазывают индустриальными маслами. В компрессорах с единой системой смазки цилиндров и кривошипно-шатунного механизма применяют только компрессорные масла. Компрессорные масла можно разделить на две группы: для поршневых и ротационных компрессоров и для компрессоров холодильных машин.

Электроизоляционные масла, являясь жидкими диэлектриками, должны обеспечивать изоляцию токонесущих частей электрооборудования, служить теплоотводящей средой, способство­вать быстрому гашению дуги в выключателях.

Цилиндровые масла

Предназначены, в основном, для смазывания горячих деталей паровых машин. Масла -представляют собой дистилляты щелочной очистки или остаточные масла сернокислотной или селективной очистки без присадок. Легкие масла цилиндровые 11, 24 (цифра показывает значение вязкости при 100 °С) предназначены для смазывания цилиндров и золотников паровых машин, работающих насыщенным паром. Они могут быть использованы и в тяжелонагруженных зубчатых передачах. Тяжелые цилиндровые масла 38 и 52 используют для машин, работающих перегретым паром (первое до 350 °С, второе — выше 350 °С).

Вакуумные масла

Это хорошо очищенные минеральные масла, применяемые в качестве рабочего тела вакуумных насосов. Отличаются узким фракционным составом, малой испаряемостью, высокой стабильностью против окисления; присадок не содержат. Вырабатывают следующие марки вакуумных масел: ВМ-1, ВМ-3, ВМ-4, ВМ-5, ВМ-6 и масло для вспомогательных пароструйных насосов. По­лучают их разгонкой очищенных масел в вакуумных дистилляционных аппаратах. Масла разных марок отличаются друг от друга вязкостью (от 10 у масла ВМ-3 до 70 мм²/с при 50 °С у масла ВМ-5), температурой вспышки (180 и 230 °С соответственно). От масел всех других типов вакуумные отличаются низким дав­лением насыщенных паров: от 5-10~⁵ до 2-10~⁹ мм рт. ст. при 20 °С в зависимости от марки масла.

Масла для прокатных станов

Предназначены для смазывания тяжелых зубчатых передач прокатных станов, а также подшипников жидкостного трения. К их числу относятся: П-28 — остаточное масло сернокислотной очистки, П-28, ПС-28 — остаточные масла селективной очистки, П-8П — смесь дистиллятного и остаточного масел. Масло П-8П содержит комплекс присадок, улучшающих противозадирные и противоизносные свойства и депрессатор, понижающий его тем­пературу застывания до —25 °С. Остальные масла этой группы присадок не содержат.

Индустриальные масла

В зависимости от области применения индустриальные масла, предназначенные   для   смазывания   различного   промышленного оборудования, можно подразделить на две группы — общего и специального назначения. За последние годы в связи с разработкой легированных индустриальных масел объем производства и ассортимент индустриальных масел существенно возросли.   Сейчас из  группы масел  общего назначения выделяют такие,  как масла для высокоскоростных механизмов, гидравлических систем и зубчатых передач промышленного оборудования, направляю­щих скольжения станочного оборудования.

В марках всех индустриальных масел цифра показывает значение кинематической вязкости при 50 °С.

Индустриальные масла общего назначения служат для смазывания наиболее широко распространенных узлов и механизмов оборудования различных отраслей промышленности. Представляют собой очищенные дистиллятные и остаточные или смесь дистиллятных и остаточных масел без присадок.

Масла И-5А, И-8А используют в малонагруженных высокоскоростных механизмах, контрольно-измерительных приборах, а также на различных технологических линиях (изготовления кремов, жирования кож и т. д.). Наибольшее распространение имеет масло И-12А: узлы трения текстильных машин, металлорежущих станков, работающих с частотой вращения до 5000 об/мин подшипники электродвигателей, объемные гидро­приводы и т. д. Масла И-20А, И-ЗОА, И-40А, И-50А находят применение в гидросистемах различного станочного оборудования, мало- и средненагруженных зубчатых передач, гидросистемах промышленного оборудования, строительно-дорожных и других машин.

Масла для высокоскоростных механизмов (текстильных машин, металлорежущих станков, сепараторов и др.). Для этих целей используют маловязкие масла И-5А, И-8А общего назначения, а также масла ИГП-2, ИГП-4, ИГП-6, ИГП-8, ИГП-14, эксплуа­тационные свойства которых улучшены антиокислительной, противоизносной, антикоррозионной присадками.

Масла для гидравлических систем промышленного оборудова­ния. Гидравлический привод используется в промышленности чрезвычайно широко. В малонагруженных системах, не предъявляющих высоких требований к качеству масел, используют масла общего назначения требуемой вязкости. Значительно выше эксплуатационные свойства масел серии ИГП за счет антиокислительной,  противоизносной,  антиржавейной  присадок.

Масла ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38, ИГП-49 обеспечивают надежную работу гидросистем станков, автоматических линий, прессов, различного типа редукторов, вариаторов. Более вязкие масла ИГП-72, ИГП-91, ИГП-114 используют в гидросистемах тяжелого прессового оборудования, тяжелых зубчатых и червячных редукторах. Для гидросистем станков и автоматических линий могут быть также использованы масла ВНИИ НП-403 и ВНИИ НП-406 (аналоги масел ИГП-30 и ИГП-49).

Масла для зубчатых передач и червячных механизмов. Условия работы передач очень разнообразны, поэтому необходим широ­кий ассортимент масел. Здесь могут быть применены различной вязкости индустриальные масла общего назначения, серии ИГП. Кроме того, существуют специализированные масла ИРп-40, ИРп-75, ИРп-150 с присадками, улучшающими противозадирные, противоизносные, антиокислительные и антифрикционные свойства. Их используют в зубчатых передачах, работающих при высоких нагрузках, в том числе ударных, а также в циркуляционных системах.

Повышенной смазочной способностью обладают масла серии ИСП (ИСП-25, ИСП-40, ИСП-65, ИСП-110). Их применяют в ко­робках скоростей и подач, редукторах, моторредукторах и других механизмах станочного оборудования и автоматических линий. Аналогично назначение тяжелых масел ИГП-152, ИГП-182.

Для смазывания тяжелонагруженных зубчатых и червячных редукторов, коробок скоростей, подшипников узлов, работающих при высоких нагрузках и температуре, используют вязкие масла серии ИТП (ИТП-200, ИТП-300) с противозадирной, антифрикционной и антиокислительной присадками.

Для малонагруженных зубчатых передач, включая открытые, промышленного оборудования, подъемно-транспортных машин используют масло трансмиссионное (нигрол) летнее и зимнее с мини­мальной рабочей температурой соответственно —10 и —20 °С

Масла для направляющих скольжения используют там, где нужно получить равномерные (без скачков) медленные и точные установочные перемещения сопрягаемых поверхностей суппор­тов, столов и других узлов станков. Масла для направляющих скольжения серии ИНСп в своем составе содержат противоскачковую, адгезионную, противозадирную, солюбилизирующую при­садки. Масло ИНСп-40 используют для горизонтальных направляющих станков, ИНСп-65—для тяжелонагруженных горизонтальных, вертикальных направляющих при общей системе смазки, ИНСп-110—для вертикальных и горизонтальных направляющих, в том числе горизонтальных с вертикальными гранями большой площади.

Для   гидросистем  и   направляющих   скольжения   металлорежущих станков при подаче масла из общего резервуара предназначены масла ИГНСп-20, ИГНСп-40. Для направляющих скольжения   и   высокоскоростных   прядильных   машин   используют масло ВНИИ НП-401.

Масла индустриальные специального назначения предназначены для использования в узких или специфических областях.

Приборные масла

Эти масла, условно делят на три подгруппы — общего, специального назначения, часовые.

Защитные масла

Предназначены для защиты от коррозии поверхностей деталей и механизмов в различных условиях хранения. Выпускаются защитные масла на базе дистиллятных и остаточных масел селективной очистки с композициями присадок, улучшающими антикоррозионные и антиржавейные свойства. Вырабатываются масла марок НГ-203, НГ-204у, НГ-207, НГ-210, РЖ, К-17.