Вязкостно-температурные характеристики

С повышением температуры вязкость масла понижается характер изменения вязкости выражается параболой (рис. 2.6,а). Такая зависимость экстратраполяции и діля расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости приобретает практически прямой характер в полулогарифмических координатах, в которых эта зависимость приобретает прямой характер (рис. 2.6,б).

Индекс вязкости VI (viscosity index) - это эмпирический, безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше численное значение индекса вязкости, Чем меньше вязкость масла зависит от температуры. (рис. 2.7) и тем меньше наклон кривой (рис. 2.8).

Рис. 2.6. Зависимость вязкости масла от температуры: а - в прямолинейных координатах; б - в полулогарифмических координатах

Рис. 2.7. Изменение вязкости от температуры масел с различным VI

Масло с более высоким индексом вязкости имеет лучшую текучесть при низкой температуре (запуск холодного двигателя) и более высокую вязкость при рабочей температуре двигателя. Высокий индекс вязкости необходим для всесезонных масел и некоторых гидравлических масел (жидкостей). Индекс вязкости определяется (по стандартам ASTM D 2270, DIN ISO 2909) при помощи двух эталонных масел. Вязкость одного из них сильно зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным нулю, VI=0), а вязкость другого - мало зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным 100 единиц, VI =100), При температуре 100°С вязкость обоих эталонных масел и исследуемого масла должна быть одинаковой. Шкала индекса вязкости получается делением разницы вязкостей эталонных масел при температуре 40°С на 100 равных частей. Индекс вязкости исследуемого масла находят по шкале после определения его вязкости при температуре 40°С, а если индекс вязкости превышает 100, его находят расчетным путем (рис. 2.8).

Индекс вязкости сильно зависит от молекулярной структуры соединений, составляющих базовые минеральные масла. Наивысший индекс вязкости бывает у парафиновых ювых масел (около 100), у нафтеновых масел - значительно меньший (30-60), а у ароматических масел - даже ниже нуля.

Рис. 2.8. Схема определения индекса вязкости: а - в прямолинейных координатах; б - в полулогарифмических координатах

При очистке масел их индекс вязкости, как правило, повышается, что в основном связано с удалением из масла ароматических соединений. Высоким индексом вязкости обладают масла гидрокрекинга. Гидрокрекинг является од-:м из основных методов получения масел с высоким индексом вязкости. Высокий индекс вязкости у синтетических базовых масел: у полиальфаолефинов - до 130, у полиалкингликолей - до 150, у сложных полиэфиров - около 150. Индекс вязкости масел можно повысить введением специальных присадок - полимерных загустителей.

Смазывающие свойства

Смазывающие свойства проявляются в способности масла подавлять изнашивание задиры, а также снижать трение.

Смазывание

Смазывание (lubrication). При работе пары трения можно наблюдать разные явления смазывания, которые зависят от нагрузки, скорости скольжения и от состояния и материала смазки. В нормальных условиях между поверхностями трения находится жидкий слой масла. Такое смазывание называется гидродинамическим (hydrodynamic lubrication, ll-fluid-film lubrication), когда сила трения зависит только от вязкости масла. Обычно на І мой поверхности металла образуется адсорбированная пленка масла толщиной около 1 мкм (adsorption film of lubricant) в результате естественной активности - липкости illness, tackiness) масла (вследствие взаимодействия полярных групп соединений масла поверхностью металла). Особо высокой липкостью отличаются растительные масла (и ч эфиры), жиры животных, а также полярные соединения, содержащиеся в минеральном масле: смолы, жирные и нафтеновые кислоты и др. Парафиновые масла содержат малое количество активных полярных соединений, поэтому их смазывающие свойства проявля­ются только в условиях гидродинамической смазки, когда поверхности трения полностью разделены жидким слоем масла.

Слой жидкого масла уменьшает трение и предохраняет поверхности от износа только при сравнительно невысокой нагрузке и температуре. При увеличении нагрузки или при повышении температуры основная часть масла выдавливается из межповерхностного пространства и на поверхностях трения остается только тонкая пленка адсорбированного масла. Такое смазывание называется граничным (boundary lubrication). Сила трения в таком случае уже не зависит от вязкости масла, а износ определяется стойкостью адсорбционной пленки и ее адгезией к металлу (т.е. липкостью масла). Для повышения липкости в масло вводятся специальные липкостные присадки (tackiness agents), которые уменьшают трение и износ в условиях граничной смазки.

При критической нагрузке или предельном давлении, трущиеся поверхности нагреваются до критической температуры (более 150 °С), при которой адсорбционная пленка разрушается, трение усиливается, а поверхности металла нагреваются и свариваются в точках их соприкосновения. Если в масле присутствуют активные соединения серы, фосфора, хлора - противозадирных присадок (за рубежом называемые присадками ЕР - extreme pressure additives), то на местах наибольшего трения, активные соединения разлагаются с выделением активных элементов, которые реагируют с металлом и образуют на его поверхности сульфидную, хлоридную или фосфидную хемосорбционную пленку (пленку твердой смазки).

Эта пленка является более стойкой, чем адсорбционная пленка масла, кроме того, она химически связана с металлом и поэтому может предохранять трущиеся поверхности от износа и уменьшать трение в условиях высокой температуры и давления. Активные элементы наиболее интенсивно реагируют с металлом на выступах контактирующих поверхностей, благодаря чему трущиеся поверхности выравниваются и полируются. Хемо-сорбционная пленка предохраняет трущиеся поверхности от схватывания и задиров.

Наибольший эффект в предохранении от износа и сваривания деталей достигается при применении хорошо подобранных и совмещенных липкостных и противозадирных присадок.

Новые исследования показали, что в автомобиле потери энергии от трения распределяются следующим образом:

• 67 % при жидкостном режиме смазывания;

• 33 % при смешанном и граничном режимах смазывания.

Снижение потерь энергии на трение в двигателе на 50 %, может позволить сэкономить 3-17 % топлива, а при подобном снижении потерь в трансмиссии - экономия топлива может сотавлять 1,8 - 5,5 %.

Нагрузочная, несущая способность (load-carrying capacity) - способность масляной пленки к самоудержанию на поверхности металла и к защите металла от интенсивного износа в условиях высокой нагрузки, скорости сдвига и температуры. Нагрузочная способность масла определяется методами исследования смазывающих свойств (метод четырех шариков, метод FZG и др.) по изменению скорости износа и по величине предельной нагрузки. Иногда нагрузочную способность в конкретном испытании называют OK нагрузкой (OK load) и выражают в ньютонах.