Реологические свойства консистентных смазок

Пенетрация и каплепадение смазок. В первый период изучения консистентных смазок их реологические свойства оценивались преимущественно числом пенетрации и температурой капле-падения. В дальнейшем было установлено, что эти параметры имеют условный характер и недостаточны для оценки поведения смазок в эксплуатации.

Определение вязкости и предела текучести было первым шагом к научно обоснованному измерению реологических свойств смазок. Изучение этих параметров основывалось на предположении, что смазки могут описываться как простые пластичные тела. В частности, были сделаны попытки показать, что они подчиняются уравнению деформации тела Бингам-Воларовича. Однако уже первые измерения установили, что смазки обладают аномальной, неньютоновской вязкостью, а предел текучести не вполне отчетлив и может несколько смещаться в зависимости от времени действия нагрузки.

В самые последние годы установлено (П. А. Ребиндер , Г. В. Виноградов и др.), что консистентные смазки являются сложными пластичными телами, для полного описания деформации которых необходимо 5—б параметров, включающих, кроме вязкости и предельного напряжения сдвига, модуль упругости, период релаксации, характеристики последействия нагрузки и разгрузки. Величина этих параметров для различных типов деформации неодинакова и зависит от предшествующей термической и механической обработки испытуемой смазки. Для практических целей, как правило, нет необходимости определять все параметры деформации, но их исследование позволяет рационально выбрать и оценить значение ограниченного числа параметров, которые могут с достаточным приближением определить деформацию в частных условиях применения смазок.

Большая часть экспериментальных данных, накопленных к настоящему времени по реологическим свойствам смазок и влиянию состава и структуры на эти свойства, выражена в числах пенетрации и температуре каплепадения. Если исключить вязкость исходного масла, то до настоящего времени эти показатели остаются практически единственными параметрами реологических свойств смазок, включенных в стандарты. Попытка ввести в технические условия на отдельные смазки величину предельного напряжения сдвига вследствие неудачной методики ее определения не имела успеха.

По величине пенетрации можно судить о консистенции смазки: чем больше число пенетрации, тем мягче смазка.

Для полужидких смазок (предохранительные самолетомоторные 58 и 59ц, смазка № 12, и т. д.) пенетрация не определяется, у остальных смазок она лежит между 25 и 355 (при 25°). Если исключить наиболее густые смазки (буксовая, дышловая и др.), то этот предел может быть сужен до 150—355. Из смазок, относящихся к этой группе, наиболее мягкими являются пресс-солидол и синтетический солидол УС-cl (число пенетрации 330—335) и наиболее твердыми—солидол М (190—230), солидол Т (150—190), тугоплавкая водостойкая смазка I—13 (175—210) и самолетомоторная тугоплавкая смазка НК-50 (170—225). Пенетрация солидола Л равна 230—290, конста-лина 225—275 (см. подробнее в сводке Р. Г. Иванова, П. М. Голенева и П. С. Тиндо ).

С повышением температуры пенетрация растет: так, если для дышловой смазки ДК пенетрация при 25° установлена 75 единиц, то при 75° она равна 200 единицам. Зависимость пенетрации от температуры выражена у мягких смазок слабее, чем у твердых.

Величина пенетрации не указывает на научно обоснованные показатели механических свойств. Смазки, обладающие равной пенетрацией, могут сильно различаться по вязкости и пределу текучести (см. табл. 47, составленную по данным Д. С. Великов-ского ) и соответственно с этим по своим эксплуатационным качествам.

Температура каплепадения по Уббелоде должна указывать температуру плавления смазок. Однако смазки размягчаются в значительном интервале температуры и температура каплепадения является сугубо условным показателем (см., например, ).

Смазки делятся на низкоплавкие —температура каплепадения ниже 65°, среднеплавкие—температура каплепадения 65—100° и высокоплавкие—температура каплепадения выше 100°. Температура каплепадения полужидких смазок ниже комнатной. Значения температуры каплепадения для некоторых смазок, установленные стандартами, приведены в табл. 48.

Течение консистентных смазок. Отдельные реологические свойства смазок исследуются в разных лабораториях разными методами. Работы, посвященные изучению деформации одного объекта при одинаковых условиях в очень широком диапазоне напряжений или скоростей деформации, немногочисленны, а исследования, охватывающие на одном объекте все основные реологические свойства, насчитываются единицами1. По этой причине удобнее рассмотреть отдельно течение смазок, их предел текучести, упругие свойства и тиксотропию.

При очень малых скоростях сдвига вязкость смазок весьма велика. Для технических солидолов зарегистрированы вязкости порядка нескольких десятков тысяч пуаз. Величина вязкости непосредственно не может служить для оценки текучести смазок, так как она зависит от размеров вискозиметра и скорости сдвига, т. е. является аномальной.

Арвесон , исследуя кальциевые смазки, обнаружил, что при повышении градиента скорости сдвига от 0,1 до 100000 сек.-1 кажущаяся вязкость смазок, содержащих б—18% мыла, снижалась на 4—5 десятичных порядка, причем ламинарная область течения не была достигнута. В этой работе не была обнаружена рейнеровская область даже при скоростях течения ниже 0,1 сек.-1

Аномалия вязкости возрастает со снижением температуры.

У одной исследованной нами натровой смазки отношение

Первые систематические исследования вязкости смазок у нас в Союзе проведены В. П. Варенцовым и Д. С. Великовским . В. П. Варенцов изучал вязкость натровых, кальциевых, алюминиевых и церезиновых смазок в вискозиметре с горизонтальным капилляром при малых скоростях сдвига.

В этих работах имеется ряд интересных экспериментальных данных, но некоторые выводы, сделанные на их основе, в дальнейшем не подтвердились. В. П. Варенцов вместе с Роудсом и Алленом полагал, что консистентные смазки, в том числе концентрированные, не обладают истинным пределом текучести, т. е. представляют собой высоковязкие псевдопластичные тела. Однако наличие статического предельного напряжения сдвига у таких смазок, как солидолы, густые церезиновые смазки и тому подобные, в настоящее время не вызывает сомнений . Далее, он считал, что можно определять внутреннее трение смазок при больших градиентах скорости путем расчета с помощью уравнения Филиппова  из значений, полученных при малых градиентах скорости. Между тем А. А. Константинов убедительно показал, что уравнение Филиппова неприменимо к консистентным смазкам.

Пристенное скольжение смазок послужило предметом специальных исследований Д. М. Толстого . Для этой цели он разработал четыре различных метода. Опыты показали, что существуют два вида пристенного скольжения смазок: граничное, развивающееся в слое с толщиной, равной долям микрона, и размытое, охватывающее сравнительно толстые слои, порядка нескольких десятков микрон (фиг. 100). Им установлено, что с увеличением напряжения сдвига скорость пристенного скольжения возрастает. Повышение нормальной нагрузки также усиливает пристенное скольжение по стали (для стекла последний эффект не наблюдался). У исследованных солидолов предельное напряжение сдвига в пристенном слое оказалось заметно меньшим, чем в объеме. Так, если у образца № 21 предельное напряжение сдвига в пристенном слое равнялось 1100 дн/см2, то в объеме оно составляло 1850 дн/см2; у образца № 22 —соответственно 3500 и 9500 дн/см2.

. Те-

чение характеризовалось кривыми lgS=/(lgT) . Изучались образцы жирового и эмульсионного солидолов, приготовленных из различных жиров и минеральных масел (фиг. 100а).

Г. В. Виноградов и В. П. Павлов пришли к выводу, что изменение длины капилляра до двух с лишним раза и материала, из которого он изготовлен, не

сказывается существенно на кривых течения. В противоположность этому изменение радиуса капилляра сильно влияет на эти кривые. Вследствие разогревания смазок при течении верхняя граница давлений, при котором они могут вискозиметрироваться в капиллярных приборах, не превосходит 50— 100 am. Наиболее целесообразно сопоставлять течение смазок в капиллярах при градиентах скорости от 102 до 102 сек.

Из выводов о вязкостных свойствах, полученных в этих работах, мы отметим следующие: загущающий эффект жировых соли-долов от добавки загустителя наибольший при изготовлении смазок из маловязких масел. Он снижается с повышением вяз кости масла. Эмульсионный солидол обладает значительно более крутой температурной кривой сопротивления течению, чем жиро вой солидол. Эффект загущения жировых солидолов возрастает с повышением температуры, что является существенным достоин ством смазок этого типа.