4.sredstva za podmazivanje, lubricants
DESCRIPTION
sato olevic sredstva za podmazivanje, lubricants, machine lubricantsTRANSCRIPT
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
130
4. SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE 4.1 SELEKCIJA I TIPOVI MAZIVA Sredstvima za podmazivanje, odnosno mazivima se nazivaju sva ona sredstva, bez obzira na njihov hemijski sastav, agregatno stanje ili porijeklo, koja služe za smanjenje sila trenja na kontaktnim površinama mašinskih elemenata. U tehničkoj praksi, s obzirom na agregatno stanje, maziva se dijele na: • gasovita maziva, • tečna maziva (maziva ulja i slične tečnosti bez obzira na porijeklo), • pastozna maziva (mazive masti), i • čvrsta, odnosno kruta maziva. Prema hemijskom sastavu maziva se dijele na: • organska i • neorganska maziva. Prema porijeklu maziva se dijele na: • prirodna i • sintetička maziva. Međunarodna organizacija za standardizaciju ISO, dala je klasifikaciju prema kojoj se proizvodi dobiveni iz nafte dijele u pet osnovnih grupa: F – goriva, S – solventi i bazne sirovine za hemijsku industriju, L – maziva, industrijska ulja i slični proizvodi, W – voskovi i parafini i B – bitumeni. Prema tome, maziva, industrijska ulja i svi slični proizvodi svrstani su u grupu L (Lubricants), koji se dalje, također prema ISO klasifikaciji dijele u 18 grupa, tabela 4.1. Valja napomenuti da se svaka grupa navedena u tabeli 4.1 dijeli u manje ili više podgrupa, a u zavisnosti od mjesta primjene i karakteristika maziva. Prema ISO standardu (ISO 3448-75) predložena je klasifikacija tekućih industrijskih maziva prema viskozitetu (tabela 4.2) i prihvaćena je u gotovo svim državama svijeta.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
131
Tabela 4.1 Klasifikacija maziva, industrijskih ulja i sličnih proizvoda prema području primjene
Tabela 4.2 Klasifikacija industrijskih maziva
prema viskozitetu (ISO 3448-75)
OZNAKA
PODRUČJE PRIMJENE
A Protočno podmazivanje B Podmazivanje kalupa C Zupčasti prijenosnici
D Kompresori i rashladni uređaji
E Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem
F Cirkulacioni sistemi G Klizne staze i vodilice H Hidraulički sistemi M Obrada metala N Električne instalacije P Pneumatski alat Q Prijenos topote
R Privremena zaštita od korozije
T Turbinska postrojenja U Termička obrada X Primjena mazivih masti Y Ostala primjena Z Cilindri parnih mašina
Granica ki-nematskog viskoziteta, [mm2/s], kod
40oC ISO OZNAKA
min max Srednja vrijednost
kinem. viskoziteta,
ν, [mm
2/s], kod 40
oC
Dinamički viskozitet,
η, [mPa⋅s], kod 40 oC
ISO VG 2 1,99 2,42 2,2 2,0 ISO VG 3 2,88 3,54 3,2 2,9 ISO VG 5 4,14 5,06 4,6 4,1 ISO VG 7 6,12 7,48 6,8 6,2 ISO VG 10 9,00 11,0 10 9,1 ISO VG 15 13,5 16,5 15 13,5 ISO VG 22 19,8 24,2 22 18 ISO VG 32 28,8 35,2 32 29 ISO VG 46 41,4 50,6 46 42 ISO VG 68 61,2 74,8 68 61 ISO VG 100 90,0 110 100 90 ISO VG 150 135 165 150 135 ISO VG 220 198 242 220 200 ISO VG 320 288 352 320 290 ISO VG 460 414 508 460 415 ISO VG 680 612 748 680 620 ISO VG 1000 900 1100 1000 900 ISO VG 1500 1350 1650 1500 1350
Kako se vidi iz tabele 4.2, klasifikacijom je obuhvaćeno područje viskoziteta od 2 do 1500 [mm2/s] kod temperature 40oC, pri čemu je ustanovljeno 18 gradacija. Ovim rasponom viskoziteta je praktički obuhvaćen kompletan asortiman maziva i sličnih proizvoda. Navedena klasifikacija daje informacije u pogledu kinematskog viskoziteta na temperaturi od 40oC, a ne daje kvalitativne nivoe za pojedine gradacije. Na slici 4.1 date su uporedne vrijednosti gradacija za različite sisteme klasifikacija prema viskozitetu. Značaj osobina maziva u zavisnosti od vrste komponente koja se podmazuje je prikazan u tabeli 4.3.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
132
Tabela 4.3 Značaj osobina primjenjenog maziva u odnosu na vrstu maznog mjesta Vrsta
komponente Osobine maziva
Klizni ležaj
Kotrljajni ležaj
Zatvoreni zupčasti
parovi
Otvoreni zupčasti
parovi, užadi, lanci i sl.
Satovi i drugi
instrumenti
Klizači, vođice,
brave i sl.
1. Karakteristike graničnog podmazivanja
+ ++ +++ ++ ++ +
2. Hlađenje ++ ++ +++ - - - 3. Trenje + ++ ++ - ++ + 4. Sposobnost
zadržavanja u ležaju + ++ - + +++ +
5. Mogućnost zaptivanja - ++ - + - + 6. Temperaturni opseg + ++ ++ + - + 7. Zaštita protiv korozije + ++ - ++ - + 8. Isparljivost + + - ++ ++ + Napomena: Relativni značaj svake osobine maziva u pojedinim dijelovima komponenti se indikuje na skali od „ +++“ = visoka važnost do „ -„ = nevažno.
10
20
40
60
85
115
140
175
205
240
280
315
365
400
450
500
550
625
700
775
850
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
460
320
220
100
68
46 32
22 15
10
7
6
5
150
4
3
2
1
140
90
85W
80W
75W
50
40
30
20
10W
5W
650N
500N
300N
200N
100N
ISO industrijska
ulja
AGMA industrijski
zupčanici
SAE zupčanici motornih
vozila
SAE motorna ulja
Opšta klasifikacijabaznih ulja
Viskozitet, ν, mm
2/s, na 40
oC
Viskozitet, ν, mm
2/s, na 100 oC
Slika 4.1. Uporedne vrijednosti gradacija za različite sisteme klasifikacija prema viskozitetu
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
133
Na slici 4.2 prikazan je dijagram za određivanje graničnih vrijednosti brzine i opterećenja za različite tipove maziva.
Slika 4.2 Dijagram graničnih vrijednosti brzine i opterećenja za različite tipove maziva
Napomena uz sliku 4.2: A- Granica za čvrsto/suho podmazivanje B- Granica za masti C- Suho podmazivanje D- Granica za podmazivanje uljem E- Povremeno F- Postojano
Na slici 4.3 je prikazana zavisnost promjene apsolutne viskoznosti od temperature različitih vrsta ulja za podmazivanje. U tabeli 4.4 su prikazani načini i mogućnosti podmazivanja različitih mehanizama.
A
B
C
D
B za kotrljajne
ležajeve B za klizne
ležajeve
E F
Brzina, mm/s
Specifično opterećenje, p kN/mm
2
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
134
Slika 4.3 Dijagram zavisnosti viskoznih i temperaturnih karakteristika različitih ulja
Efektivni viskozitet maziva u ležaju može biti različit u odnosu na veličine viskoziteta izmjerenog standardnim metodoma ispitivanja, ta razlika zavisi od veličine smicanja u ležištu, slika 4.4.
Slika 4.4 Promjena viskoziteta u zavisnosti od smicanja
Apsolutni viskozitet, [mPa s]
Efektivni viskozitet [mm
2/s]
Veličina smicanja
kod standardnihispitivanja
je niska.
Napomena: Kose linije pokazuju brze promjene viskoziteta sa temperaturom i zbog toga nepoželjno smanjivanje radnog temperaturnog opsega.
Silikonska ulja
Esterska ulja
Mineralna uljaSintetička ulja
Veličina smicanja u
ležajima može biti
visoka.
Velična smicanja [s-1]
Tipična SAE 30 mineralna ulja na 100 oC
Tipična SAE 20/50 mineralna ulja na 100 oC
Tipična SAE 30 mineralna ulja na 20 oC
Tipična SAE 20/50 mineralna ulja na 20 oC
400
300
200
100
100 100010 000100 0001 000 000
Temperatura, oC
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
135
Tabela 4.4 Primjeri mogućih načina i sistema podmazivanja različitih mehanizama
Maziva
Sistem
podmazivanja
Troškovi
održavanja
Troškovi
investiranja
Veličina toplote
odvedene
podmazivanjem
Napomena
Ulje ručno visoki niski mala Samo za lake režime.
cirkulacioni sistem niski visoki visoka Neophodno je osigurati protok
ulja.
podmazi-
vanje prstenom
niski niski umjerena Samo za umjerene obimne brzine.
porozni ležajevi niski niski mala Samo za umjerene obimne
brzine i niske specifične pritiske. Mast ručno visoki niski nikakva Samo za laku upotrebu.
Radijalni ležajevi
centralni sistem niski visoki nikakva Potrebna dobra sposobnost
pumpanja kod dugih cjevovoda
Ulje uljna magla niski visoki mala
Troškovi investiranja su umjereni ako se omogući
komprimirani zrak u potrebnoj količini i čistoći.
cirkulacioni sistem niski visoki visoka
Uljne mlaznice moraju biti propisno dizajnirane i
postavljene da osiguraju optimalno podmazivanje i
odvođenje toplote.
kupka niski niski mala Zahtjeva pažljivo konstruiranje i
zaptivanje da se izbjegne suvišno punjenje
bućkanje niski niski umjerena
Pažljivo projektovanje kućišta i drugih komponenti
(npr.zupčanika) je neophodno da osigura adekvatno opskrbljivanje uljem.
Mast zatvoreni ležajevi niski niski nikakva
Mora se izbjeci prepunjenost. Troškovi održavanja su niski
samo ako period promjene maziva nije previše kratak.
Kotrlja-jući
ležajevi
centralni sistem niski visoki nikakva
Mogućnost curenja upotrebljene masti se mora spriječiti. Zaštititi
linije snabdjevanja od topline.
Ulje uljna kada niski niski umjerena
Zahtijeva se pažljivo konstruisano kućište da osigura adekvatno snabdjevanje uljem za sve zupčanike i da se onemogući
curenje.
cirkularni sistem niski visoki visoka
Mlaznice treba propisno dizajnirati i postaviti da
omoguće dotok ulja i odvođenje topline.
Mast ručno visoki niski nikakva Samo za lake režime.
Zupčanici
punjenjem kućišta niski niski nikakva
U principu za male, sporohodne zupčanike, inače koristiti tvrđa ulja da se izbjegnu rasipanje i
pregrijavanje
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
136
4.2 MINERALNA ULJA 4.2.1 Klasifikacija i osobine mineralnih ulja Mineralna ulja su osnovni (temeljni) ugljikovodici, ali sva sadrže hiljade različitih vrsta struktura, molekularne težine i isparljivosti, takođe zanemarljive ali važne količine ugljikovodikovih derivata sadrže jedan ili više elemenata nitrogena, oksigena i sumpora. Oni su klasificirani u različitim tipovima sirove nafte, kako slijedi:
• Parafinska ulja-sadrže značajnu količinu parafinskih ugljikovodika i ima tačku topljenja voska, ali malo ili nimalo asfaltnog materijala. Njihovi nafteni imaju dugi lanac (grupe atoma povezanih u prsten).
• Naftenska ulja-sadrže asfaltni materijal u najmanjoj količini, ali malo ili nimalo voska. Njihovi nafteni imaju kratak lanac.
• Miješana osnova-sadrži oboje i parfinske, naftenske i asfaltne ugljikovodike. Njihovi nafteni imaju umjeren do dugačak lanac.
Viskoznost Viskoznost predstavlja mjeru unutrašnjeg trenja, koja djeluje kao otpor na promjenu položaja molekula pri strujanju tečnosti i gasova kada se oni nalaze pod dejstvom smicajnog naprezanja. Veličina unutrašnjeg trenja je u idealnom slučaju ovisna o pritisku (p) i temperaturi (T). U tom slučaju je uspostavljena brzina smicanja (D) između pokretnih ravni u tečnosti, proporcionalna smicajnom naprezanju (τ). Nastala viskoznost iz unutrašnjeg trenja tečnosti, koja se takođe označava kao takozvana dinamička viskoznost (η), predstavlja svojstvo materije (koje zavisi o pritisku i temperaturi) koje se može definisati kao odnos naprezanja i brzine smicanja:
.) , .(const T p constD
= = =τ η … (4.1)
Sve tečnosti koje se ponašaju prema ovom zakonu nazivaju se njutnovskim (Newton) tečnostima. Shodno definiciji, za viskoznost se dobiva sljedeća dimenzija u SI sistemu jedinica, [Ns/m2] ili češće u praktičnoj upotrebi 1 [mPas] (mili Paskal sekunda) koja odgovara staroj jedinici 1 [cP] (centi Poase): 1[cP]=1[mPa s]. Takođe se kao jedinica za visoznost upotrebljava i viskoznost koja se odnosi na gustinu. Ovaj odnos viskoznosti i gustine naziva se kinematska viskoznost, ν:
ρη ν= [m2/s] ili češće se izražava kao [mm2/s]. … (4.2)
Stara jedinica za kinematsku viskoznost iznosi:
1 [St] (Stoks)=100 [cSt] (centiStoks)= 1 [cm2/s], odnosno 1 [cSt]=1 [mm2/s]. Pored gore navedenih jedinica ponekad se u literaturi pojavljuju konvencionalne oznake koje zavise o korištenom specijalnom aparatu za mjerenje, npr. Engler stepeni, Redwood sekunde, Saybolt sekunde i sl. Ove jednice se po zakonu više ne koriste i ne predstavljaju solutne vrijednosti viskoznosti i nepogodne su za korištenje.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
137
Index viskoznosti Ulja za podmazivanje su takođe klasificirana prema njihovoj promjeni kinematske viskoznosti sa temperaturom, npr. prema njihovom indexu kinematske viskoznosti ili KVI. Prema ranijoj klasifikaciji KVI su rangirani između 0 i 100, i predstavljali su ulja serije L- za niski index viskoznosti i H za ulja visokog indexa viskoznosti. Viši nivoi predstavljaju niže stepene promjene viskoziteta sa promjenom temperature. Današnja ulja mogu se dobiti sa KVI van ovih granica. Generalno su grupisani u visoke, srednje i niske, kao u tabeli 4.5.
Tabela 4.5 Klasifikacija viskoznih pokazatelja
Grupa Index kinematske viskoznosti (Kinematic Viscosity Index - KVI )
Niski index viskoznosti (LVI) ispod 35 Srednji index viskoznosti (MVI) 35-80 Visoki index viskoznosti (HVI) 80-110 Veoma visoki index viskoznosti (VHVI) preko 110 Index viskoznosti nema naučni značaj ali je pogodan za spoznaju viskozno-temperaturnih ponašanja različitih mineralnih mazivih ulja. Treba napomenuti da je u tabeli 4.5 index viskoznosti određen prema dinamičkom viskozitetu po metodi Roelands, Blok i Vlugter, zapravo, ovo je više osnovni sistem i dozvoljava pouzdanije poređenje između mineralnih ulja. Viskozitet – Temperatura Viskoznost maziva opada sa temperaturom i to brzo i po određenoj zakonitosti. Dodavanje aditiva ili sintetičkih komponenti doprinosi poboljšanju viskozno-temperaturnih karakteristika maziva. Slika 4.5 pokazuje razliku između 150 gradnim ISO 3448 uljima sa KVI od 0 i 95. Slika 4.6 pokazuje promjenu viskoziteta sa temperaturom za serije ulja sa kinematskim viskoznim indeksom-KVI 95.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
138
Slika 4.5 150 klasa ISO 3448 ulja od 0 i 95 KVI
Slika 4.6 Promjena viskoziteta sa temperaturom
Temperatura, oC
Viskoznost, mNs/m
2 ili cP
Temperatura, oC
Kinematska viskoznost, mm
2 /s
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5000 4000 3000 2000 1000 500 400 300 200 150
100 75
50 40 40 30
20
15
10 9 8 7 6 5
2
4
3
220
460 320
150 100 68
46 32
22 15
10
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
139
Viskozitet – Pritisak Viskozitet kod ulja se značajno povećava pod djelovanjem pritiska. Naftenska ulja su više podložna promjenama viskoznosti pod djelovanjem pritiska od parafinskih, ali otprilike, oba podvostručuju viskozitet za svakih 35 [MN/m2] povećanja pritiska. Slika 4.7 daje zavisnost promjene viskoziteta ulja SAE 20 W prema ISO 3448 ili srednje mašinsko ulje, tip HVI, i sa promjenom temperature i sa pritiska. U elasto-hidrodinamičkoj formulaciji obično se pretpostavlja tako da viskozitet eksponencijalno raste sa pritiskom. Mada, u stvari, znatno odstupanje eksponencijalnog porasta može da se desi kod visokih pritisaka, pretpostavka je validna do pritisaka koji kontrolišu elastohidrodinamičko ponašanje, t.j. oko 35 [MN/m2]. Tipični koeficijenti viskoznog pritiska su dati u tabeli 4.6, zajedno sa drugim fizičkim osobinama.
Slika 4.7 Promjena viskoziteta sa temperaturom i pritiskom kod SAE 20W (HVI) ulja
150 100 50 0 50 [oC]
40 [oC]
25 [oC]
1000
2000
3000
4000
Pritisak, MPa
Viskznost, mNs/m
2
Temperatura [oC]
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
140
Tabela 4.6 Tipične fizičke osobine visoko rafiniranih mineralnih ulja
Naftenska ulja Parafinska ulja
Temp. [oC]
Vretensko Laka
mašinska Teška
mašinska Laka
mašinska Teška
mašinska
Cilindarska
Gustoća [kg /m3] na: 25 862 880 897 862 875 891
30 18,6 45 171 42 153 810
60 6,3 12 31 13,5 34 135
Viskozitet [Ns/m2] na:
100 2,4 3,9 7,5 4,3 9,1 27
Dinamički index viskoznosti, DVI 92 68 38 109 96 96
Kinamatski kinematski index viskoznosti, KVI
45 45 43 98 95 95
Tačka tečenja , [oC] -43 -40 -29 -9 -9 -9
Pritisak – Viskozni
koeficijent [m2/N×108]
30 60 100
2,1 1,6 1,3
2,6 2,0 1,6
2,8 2,3 1,8
2,2 1,9 1,4
2,4 2,1 1,6
3,4 2,8 2,2
Toplotni kapacitet [J/kg oC] na :
30 60 100
1880 1990 2120
1860 1960 2100
1850 1910 2080
1960 2020 2170
1910 2010 2150
1880 1990 2120
Toplotna vodljivost [Wm / m2 oC]
30 60 100
0,132 0,131 0,127
0,130 0,128 0,125
0,128 0,126 0,123
0,133 0,131 0,127
0,131 0,129 0,126
0,128 0,126 0,123
Temperatura [oC] za pritisak pare 0,001mmHg
35 60 95 95 110 125
Tačka paljenja,na otvorenom,[oC] 163 175 210 227 257 300
Uobičajena upotreba Prije, nego što je viskozitet mogao biti precizno mjeren, ulja su bila grubo klasificirana u grupe prema stepenu viskoziteta i po njihovoj tipičnoj upotrebi na:
• Vretenska ulja - niskoviskozna ulja (npr.ispod 0,01 [Ns/m2] na 60[oC] ) koja su podesna za podmazivanje brzohodnih ležajeva, kao što su vretena tkačkih stanova.
• Laka mašinska ulja - srednjeviskozna ulja (npr. 0,010÷0,02 [Ns/m2]) na 60[oC] , podesna za mašine koje rade pri umjerenim brzinama.
• Teška mašinska ulja - visokoviskozna ulja (npr. 0,02÷0,10 [Ns/m2]) na 60[oC] , podesna za sporohodne mašine.
• Cilindarska ulja - podesna za podmazivanje cilindara parnih mašina; viskozitet u granicama 0,12 ÷0,3 [Ns/m2]na 60[oC].
4.2.2 Uzroci oštećenja ulja Ulja za podmazivanje mogu postati neprikladna za upotrebu zbog: oksidacije, termičke dekompozicije i zaprljanja.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
141
Oksidacija Hemijske promjene maziva su najtipičnije i najizraženije promjene koje se dešavaju kod maziva u toku eksploatacije. Svako mazivo, bez obzira na vrstu i način njegovog dobijanja ili porijekla, podložno je promjenama hemijskog karaktera pri čemu se mijenja i njegova osnovna struktura, ove promjene se često nazivaju oksidacija ili degradacija maziva. Od niza uticajnih parametara na hemijske promjene maziva, temperatura ima dominantnu ulogu, kako u pogledu brzine tako i u pogledu intenziteta tih promjena, tabela 4.7. Praksa pokazuje da se za svaki porast temperature maziva od 8 do 10 [oC], iznos oksidacije duplira.
Tabela 4.7 Temperaturne granice za mineralna i sintetička ulja
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
142
Termička degradaciju Mineralna ulja su relativno stabilna u odnosu na termičku degradaciju u odsustvu kisika, ali kod temperatura oko 330 [oC], zavisno od vremena izlaganja temperaturi, mineralna ulja se ralažu na manje fragmente od kojih se većina polimerizuje i formira tvrde nerastvorive produkte, tabela 4.8.
Tabela 4.8 Proizvodi termičke degradacije
Proizvod Rezultat
Laki ugljikovodici Tačka paljenja je smanjena, viskozitet je smanjen.
Ostaci ugljika Tvrde naslage na grejnim površinama smanjuju protok i naglašeno pregrijavanje.
Neki aditivi, koji se dodaju mazivima, su više podložni termičkoj degradaciji nego sama bazna ulja npr. aditivi za ekstremni pritisak (EP) čija je granična temperatura primjene ispod 130[oC]. Zaprljanje Zaprljanja ili kontaminacija je vjerovatno najveći zajednički razlog za mijenjanje ulja. Unutrašnja kontaminacija nastaje kao posljedica habanja, dok kontaminacija izvan sistema nastaje kao posljedica uslova eksploatacije i nesavršenosti zaptivanja sistema. Zaprljanja mogu biti klasificirana kao što je pokazano u tabeli 4.9. Tabela 4.9 Zagađenje
Tip Primjer
Gasovi Zrak, amonijak, produkti sagorijevanja SUS motora.
Tečnost Voda, glikol, gorivo, ulje drugih tipova ili stepena viskoziteta ili oboje.
Čvrsto tijelo Čađ iz goriva, cestovna prašina, lebdeći pepeo, produkti izazvani habanjem.
Zaprljanje ili kontaminacija su jedan od najčešćih razloga zgob kojih se vrši zamjena maziva i ne nalazi se u direktnoj vezi sa vremenom ekploatacije. 4.2.3 Aditivi za ulja Mineralna ulja se koriste u mnogim granama i sistemima za podmazivnje ležajeva, zupčanika i drugih mašinskih sistema zavisno od njihove oksidacione stabilnosti uzrokovane temperaturnim uticajima, sposobnost sprječavanja habanja, itd. Danas, međutim, zahtjevi su često veći, nego što su ulja sposobna pružiti, te se specijalni hemijski dodaci ili aditivi dodaju uljima za poboljšanje njihovih osobina. Funkcionalni zahtjevi ovih ''aditiva'' i njihovi tipovi su pokazani u tabelama 4.10. i 4.11.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
143
Tabela 4.10 Tipovi aditiva
Glavni tipovi aditiva
Funkcija i pod tipovi
Aditivi za neutralizaciju kiseline
Uklanjanje zagađenja jakim kiselinama, npr., kod sagorijevanja visoko sumpornih goriva ili, rjeđe kod dekompozicije aktivnih EP aditiva.
Aditivi protiv pjenjenja Smanjenje površinskog pjenjenja.
Antioksidanti Smanjenje oksidacije. Primjenjuju se različiti tipovi: za sprječavanje oksidacije, usporivači, za sprječavanje korozije, za smanjenje netopivog taloga
Zaštita protiv rđe Smanjenje korozivnosti različitih željznih površina podmazivanih uljem. Aditivi za zaštitu od trošenja
Smanjenje trošenja i sprječavanje habanja dodirnih površina usljed radnog opterećenja uzrokovanog različitim stanjima; prirodna zaštita je nesigurna.
Aditivi za sprječavanje korozije
Tip (a) smanjivanje korozije olova; tip (b) smanjivanje korozije monovalentnih metala.
Aditivi deterdženti Smanjuju ili sprječavaju stvaranje taloga pri visokim temperaturama i neutralizuju kisele produkte izgaranja, npr. u SUS motorima.
Aditivi disperzanti Sprječavaju nagomilavanje taloga na nižoj temperaturi (hladni mulj).
Aditivi emulgatori Za stvaranje emulzija tipa voda u ulju(V/U) ili ulje u vodi(U/V), prema potrebi.
Ekstremni pritisak (EP) Sprječava trošenja dodirnih površina, koje uzrokuju visoka opterećenja ili teška udarna opterećenja, formiranjem uglavnom anorganskih površinskih slojeva.
Polarni aditivi Smanjenje trenja kod graničnog podmazivanja; povećanje nosivosti gdje je ograničeno formiranje organskih površinskih slojeva kod porasta temperature.
Aditivi za sniženje tačke tečenja Smanjenje tačke tečenja parafinskih ulja.
Aditivi za poboljšanje prionljivosti
Smanjenje gubitka ulja, npr. kod vertikalnih kliznih površina, ili kod djelovanja centrifugalne sile.
Aditivi za poboljšanje indeksa viskoznosti Smanjuje opadanje viskoziteta nastaje pri povećanju temperature.
Tabela 4.11 Tipovi aditivnih ulja zahtjevanih za različite tipove mašina Tip mašine Uobičajena
mješavina ulja Uobičajeni aditivi Posebni zahtjevi
Prerada hrane Medicinsko bijelo ulje. Nikakvi aditivi. Sigurnost u slučaju unosa u hranu.
Hidraulično
ulje
Parafinska do oko -20oC , naftenska ispod -20oC.
Aditivi protiv oksidacije, korozije, habanja i pjenjenja. Aditivi za sniženje tačke tečenja .
Najmanja promjena viskoziteta sa temperaturom. Najmanje trošenje čelika po čeliku.
Parne i gasne turbine
Parafinski ili naftenski destilati.
Aditivi protiv oksidacije i korozije.
Brzo odvajanje vode, dobra oksidaciona stabilnost.
Cilindri parnih
mašina
Nerafinirani ili rafinirani zaostali ili visoko viskozni destilati.
Nikakvi aditivi ili masno ulje.
Održavanje uljnog filma na vrućim površinama; otpor prema sapiranju ulja kod prisustva vlažne pare.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
144
Nastavak tabele 4.11 Tipovi aditivnih ulja traženih za različite tipove mašina-kraj
Cilindri zračnih
kompresora
Parafinski ili naftenski destilati.
Aditivi protiv oksidacije i korozije. Slaba sklonost stvranju taloga.
Zupčanici (čelik/čelik) Parafini ili nafteni.
Aditivi protiv habanja, ekstremnog pritiska (EP), oksidacije, pjenjenja. Aditivi za sniženje tačke tečenja .
Zaštita protiv trošenja i habanja.
Zupčanici (čelik/bronza) Parafini. Polarni aditivi.
Antioksidanti. Smanjenje trenja, temperaturnog porasta , habanja i oksidacije.
Klizne staze alatnih mašina Parafini ili nafteni.
Polarni aditivi. Aditivi za poboljšanje prionljivosti
Održavanje kliznosti kod vrlo malih brzina. Održavanje uljnog filma na vertikalnim površinama.
Hermetički zatvoreni hladnjaci
Nafteni.
Nikakvi aditivi.
Dobra termička stabilnost, rastvorljivost u rashladnom sredstvu, niža tačka tečenja.
Dizel motori Parafini ili nafteni.
Aditivi deterdženti i disperzanti. Aditivi protiv habanja, oksidacije, pjenjenja Aditivi za neutralizaciju kiseline i sprječavanje korozije.
U zavisnosti od tipa motora izabrati adekvatnu kombinaciju aditiva.
Izbor aditivnih kombinacija Aditivi i ulja se kombinuju na različite načine da obezbijede tražena svojstva, i to mora biti naglašeno, međutim, neadekvatno mješanje može prouzrokovati neželjena međudejstva, npr. neutralizacija drugih uspješnih aditiva, korozivnosti i formiranje taloženja materijala. Neki aditivi mogu biti uključeni u mješavinu i tako jednostavno nadvladati probleme uzrokovane dejstvom drugih aditiva. Što se više zahtjeva traži od maziva, to se mora u mazivo dodati više adititva, da bi se ostvario željeni rezultat, a potom je potrebno izvršiti obimna ispitivanja kako bi se dobile zadovoljavajuće performanse. 4.2.4 Ulja za protočna podmazivanja – A Prema klasifikaciji ISO 6743/0 ova grupa ulja ima oznaku ISO-L A, a dalja podjela je data u tabeli 4.12, gdje su prikazane osnovne grupe ulja za protočne sisteme prema sastavu, određenim osobinama i mjestima primjene. Klasifikacija ulja za protočna podmazivanja, odnosno protočne sisteme podmazivanja, prikazana je u tabeli 4.12.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
145
Tabela 4.12 Klasifikacija ulja za protočne sisteme podmazivanja SIMBOL
ISO-L SASTAV I
KARAKTERISTIKE PRIMJENA
AY Nerafinisano ulje Grubi mašinski elementi, osovine, željezničke skretnice i sl.
AN Rafinisano ulje Mašinski elementi izloženi manjim opterećenjima
AB
Rafinisano ulje sa aditivima za poboljšanje adhezivnosti, EP aditivima i antikorozionim aditivima
Otvoreni zupčasti prijenosnici, čelična užad i druge otvorene površine mašinskih elemenata
Prvu grupu, oznake ISO-L AY, čine čisti uljni rafinati (destilati) koji se nakon obavljenog podmazivanja ne vraćaju u sistem podmazivanja, nego se nepovratno gube. Primjer takve primjene je podmazivanje željezničkih vagonskih osovina, što inače predstavlja jedan od rijetkih primjera primjene ovih ulja. Drugu, ISO-L AN grupu čine vretenasta i ležišna ulja koja predstavljaju rafinate bez aditiva, a treću, ISO-L AB grupu čine ulja sa aditivima. 4.2.5 Ulja za zupčaste prijenosnike – C Generalno gledajući, ulja za podmazivanje zupčanika trebaju ispuniti sljedeće funkcije: • smanjenje trenja pri prijenosu snage, • smanjenje ili sprječavanje trošenja i mehaničkih oštećenja, • odvođenje toplote nastale trenjem, • sprječavanja korozije ležaja i zupčanika kao i • sprječavanje prodiranja nečistoća u prijenosnike. Prilikom odabiranja ulja za podmazivanje, između ostalog, najveću pažnju treba posvetiti viskozitetu kao i sposobnosti otpuštanja vazduha, tj. sklonosti prema pjenjenju. Pregled vrste ulja za zupčaste prijenosnike u industriji i njihova ograničenja upotrebe u zavisnosti od temperature su prikazana u tabeli 4.13. Tabela 4.13 Vrste ulja za podmazivanje zupčastih prijenosnika u industriji
VRSTA ULJA MAKSIMALNA TEMPERATURA UPOTREBE, [oC]
Ulja sa aditivima za zaštitu od korozije i oksidacionu stabilnost 93 Ulja za zupčanike sa EP aditivima 70 do 93
Kompaundirana ulja za zupčanike sa EP aditivima 70 do 93 U pogledu viskoziteta i podnošenja visokih pritisaka, u tabeli 4.14 data je klasifikacija ulja za zupčaste prijenosnike prema Američkoj asocijaciji proizvođača zupčanika-AGMA (American Gear Manufactures Assotiation). Ova klasifikacija se dobro slaže sa ISO klasifikacijom prema viskozitetu.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
146
Tabela 4.14 AGMA klasifikacija ulja za zupčaste prijenosnike prema viskozitetu i poređenje sa ISO klasifikacijom
AGMA oznaka
ISO oznaka
Područje
viskoziteta
prema ISO
VG na 38
oC
Područje viskoziteta prema AGMA na
temperaturi:
R-O EP [mm2/s] 38[oC] 100[oC]
1 --- 46 41,4 do 50,6 180 do 240 ---
2 2EP 68 61,2 do 74,8 280 do 360 ---
3 3EP 100 90 do 110 490 do 700 ---
4 4EP 150 135 do 165 700 do 1000 ---
5 5EP 220 198 do 242 --- 80 do 105 6 6EP 320 288 do 352 --- 105 do 125
7 comp. 7EP 460 414 do 506 --- 125 do 150 8 comp. 8EP 680 612 do 748 --- 150 do 190 8A comp. --- 1000 900 do 1000 --- 190 do 250
4.2.6 Ulja za cirkulacione sisteme – F Za podmazivanje ležajeva, vretena, prijenosnika i drugih elemenata tzv. cirkulacionim sistemima podmazivanja koriste se ulja pod zajedničkim nazivom; ulja za cirkulacione sisteme. To su zapravo rafinisana mineralna ulja sa odgovarajućim aditivima koji omogućavaju uspješno podmazivanje raznih mašina i uređaja. Za visoke radne temperature i niske obodne brzine koriste se ulja višeg viskoziteta, a za niže radne temperature i veće obodne brzine koriste se ulja nižeg viskoziteta. Prema klasifikaciji ISO 6743/0 ova grupa ulja ima oznaku ISO-L F, a dalja podjela je data u tabeli 4.15, gdje su prikazane osnovne grupe ulja za cirkulacione sisteme prema sastavu, određenim osobinama i mjestima primjene.
Tabela 4.15 Ulja za cirkulacione sisteme (podmazivanje ležajeva, vretena i pripadajućih prijenosnika)
SIMBOL ISO-L SASTAV I OSOBINE PRIMJENA
FD Rafinisana mineralna ulja sa posebnim osobinama protiv oksidacije, korozije i trošenja
Za podmazivanje uljnom kupkom ili uljnom maglom kliznih i kotrljajnih ležajeva i zupčastih prijenosnika
FC Rafinisana mineralna ulja sa izvanrednim osobinama protiv oksidacije i korozije
Kao ulja FD samo kod manje opterećenih prijenosnih uređaja
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
147
Izbor viskoznosti zavisi od zahtjeva u pogledu brzine, opterećenja i temperature kod najkritičnijih ležaja, što proizvođač strojeva tačno utvrđuje za svoje proizvode. Uglavnom se to odnosi na gradacije prema viskozitetu ISO VG 46 i 68 za podmazivanje ležaja i ISO VG 5 i 7 za brzohodna vretena s kliznim ležajevima u zavisnosti od zračnosti ležaja i brzine. Ležajevi koji rade kod visokih opterećenja imaju viskozitet mazivih ulja ISO VG 68 ili VG 100. Za valjne ležajeve viskoznost mora biti oko 12[mm2/s]. Ukoliko se ova ulja upotrebljavaju za cirkulacijske sisteme, moraju posjedovati zadovoljavajuću oksidacijsku stabilnost i dobre viskozno-temperaturne karakteristike. Ponekad se od ovih ulja zahtjeva dobro svojstvo odvajanja zraka i vode, što je značajno za cirkulacijske sisteme koji rade u ovako relativno blagim radnim uslovima. 4.3 MAZIVE MASTI Mazivo se može definisati kao čvrsto do polutečno sredstvo, koje se dobija dispergovanjem nekog ugušćivača u ulje i koje je postojano na rasipanje. U tabeli 4.16 data je podjela mazivih masti s obzirom na različite kriterije podjele.
Tabela 4.16 Podjela mazivih masti KRITERIJ PODJELE VRSTE MAZIVIH MASTI
Konstrukcija elementa koji se podmazuje
Masti za kotrljajuće ležajeve, kinetičke zglobove, zupčaste prijenosnike
Mjesto primjene Masti za automobile, avione, prehrambenu industriju, opštu industriju
Temperaturno područje primjene Niskotemperaturne, standardne i visokotemperaturne
Vrsta ugušćivača Sapunske (kalcijumove, litijumove, natrijumove, aluminijumove, kompleksne i dr.) i nesapunske (gel, bentonitne i dr.)
Nivo opterećenja Normalne, EP i MOS (molibden disulfid) masti Vrsta baznog ulja Mineralne i sintetičke masti
Gradacija Konzistencija masti 000 Polutekuća
00 Polutekuća Zupčasti prijenosnici
0 Vrlo meka Centralni sistemi podmazivanja 1 Meka Centralni sistemi podmazivanja
2 Srednje meka Valjkasti ležajevi
3 Srednje tvrda Opšta primjena
4 Tvrda Klizni ležajevi male brzine
5 Vrlo tvrda Rjeđe se primjenjuju za valjkaste ležajeve
Prema NLGI (National Lubricating Grease Institute)
6 Vrlo tvrda Briketne masti
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
148
Kao sirovine za proizvodnju mazivih masti koriste se: ulje, ugušćivač i aditiv. U zavisnosti od tipa masti, željenih karakteristika kao i viskoziteta sirovinskog ulja, procentualni udio ulja u mastima se kreće od 75 do 95%. Kao što se iz tabele 4.16 vidi, ulja za proizvodnju masti mogu biti mineralnog ili sintetičkog porijekla, a ugušćivači sapunskog ili nesapunskog porijekla. Jednostavne sapunske masti imaju najveći udio u potrošnji mazivih masti. Ove masti imaju sljedeći sastav: 5 do 20% sapuna, 75 do 95% ulja i do 5% aditiva. Specijalne masti imaju sastav u kome su sapuni sa udjelom i do 40%. Masti proizvedene na bazi sintetičkih ulja mogu se upotrebljavati za veoma niske radne temperature (-70oC) kao i vrlo visoke temperature(do 300oC). S druge strane, masti na bazi mineralnih ulja su primjenljive za mnogo uže temperaturne intervale. 4.3.1 Vrste masti U tabeli 4.17 su date različite vrste mazivih masti njihove osnovne karakteristike.
Tabela 4.17 Vrste i osnovne karakteristike mazivih masti
VRSTA MASTI ALUMINIJUMOVE MASTI
KALCIJUMOVE MASTI
NATRIJUMOVE MASTI
BARIJUMOVE MASTI
LITIJUMOVE MASTI
Temperatura kapanja, [oC] 100 do 120 90 do 105 160 do 180 oko 150 190 do 220
Temperaturno područje primjene
-30 do 100 -35 do 60 (80) -30 do 120 --- ---
Prionljivost Izuzetno dobra Dobra Dobra Dobra Dobra
Otpornost na djelovanje
vode Izuzetno dobra Veoma dobra Slaba Izuzetno
dobra Izuzetno
dobra
Zaštita od korozije Veoma dobra Dobra Dobra Dobra Veoma dobra
Mehanička stabilnost Umjereno dobra Slaba Umjereno dobra Umjereno
dobra Dobra
Uobičajena upotreba
Kuglični i igličasti ležajevi manjih dimenzija
sa velikim brojem okretaja.
Opšta upotreba. Ležajevi sa povećanim
opterećenjem i nižim brojem
okretaja.
Valjkasti ležajevi sa
velikim brojem okretaja.
Loša nisko- temperaturna
svojstva. Ležajevi sa
niskim brojem okretaja.
Višenamjen-ska.
Svi kotrljajni ležajevi.
Pogodni za niske
temperature.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
149
4.3.2 Postojanost Postojanost masti zavisi, između ostalog, od procentualnog udjela sapuna u masti, ili ugušćivača u masti. Utvrđuje se mjerenjem u desetim dijelovima milimetra, dubine do koje standardni konus potone u mazivo za pet sekundi na temperaturi 25 [oC] (ASTM D 217-IP 50). Izražava se u ˝jedinicama˝, bezdimenzionalna veličina koja se nipošto ne smije tretirati kao deseti dio milimetra i naziva se penetracija. Penetracija je klasifikovana od strane N̋acionalnog instituta za podmazivanje mastima˝ (NLGI) u serije posebnih brojeva koji pokrivaju jedan vrlo širok dijapazon postojanosti. Ova klasifkacija ne uzima u obzir prirodu maziva, niti daje ikakve oznake kvaliteta ili upotrebe. Najzastupljenije postojanosti kod kotrljajnih ležajeva su veličine NLGI 2 ili 3 ali, pošto je savremena tehnologija proizvodnje maziva unaprijedila stabilnost masti za kotrljajne ležajeve, tendencija je da se upotrebljavaju mekše masti. U centralizovanim sistemima podmazivanja neuobičajeno je koristiti mast gušću od NLGI 2, a često se meka mast kao NLGI 0 može smatrati kao najbolja. Ekstremne vrijednosti (000, 00, 0 i 4, 5, 6) su rijetko, ili nikako, korištene kod običnih kotrljajnih ležajeva (osim 0 u centralnim sistemima), ali ove mekše masti se često koriste za podmazivanja zupčanika. 4.3.3 Izbor masti Pri izboru masti razmatranje se mora usmjeriti na okolnosti i prirodu primjene. Prva odluka je obično dijapazon postojanosti. Ovo je u funkciji metoda upotrebe (npr. centralizovano, pojedinačno i tako dalje). Ovo će u opštem slučaju izabrati jedan ili dva NLGI nivoa, traženog stepena. Uobičajeno je da se NLGI 2 koristi kao najuniverzalnije prihvatljiv i odgovarajući za sve upotrebe osim u nekoliko slučajeva primjene. Sljedeće o čemu treba voditi računa je radna temperatura. Treba posvetiti pažnju da radni opseg bude poznat sa definisani odstupanjima. Takođe, u uslovima veoma niske temperature, temperatura okruženja često ima malog uticaja poslije pokretanja, zbog unutrašnjeg zagrijavanja ležajeva. Uvijek se preporučuje, ako je moguće, mjeriti temperaturu termoparom ili sličnim spravama. Izmjerena temperatura, ako to i nije tačna temperatura ležaja, biće mnogo korisnija nego što se pretpostavlja. Normalno, više tipova masti mogu biti odgovarajući za datu upotrebu. Na posljetku, izbor masti za podmazivanje kotrljajnih ležajeva ili teško opterećenih kliznih ležajeva će ovisiti više ili manje o cjeni, ali logistički moglo bi biti korisnije upotrijebiti skuplju mast, ako je ona već u upotrebi za neku drugu svrhu. Glavne smjernice za podmazivanje kotrljajnih ležaja su brzina i veličina ležaja, tabela 4.18.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
150
Tabela 4.18 Izbor masti za kotrljajne ležajeve
BRZINA
Vrlo sporo (ispod
500 min-1)
Sporo (500 min-1)
Umjereno (1000 min-1)
Brzo (2000 min-1)
Vrlo brzo (preko
2000 min-1) Veličina ležajeva
Mikro (1÷5mm)
Preporučuje se specijalno odabrana ultra čista mast
Vrlo mali (ispod 10 mm) Upotrebljavaju se masti normalne protočnosti npr. tip XG 287
Mali (20 ÷ 40 mm)
Srednji (65mm)
Kalcijum Kalcijum ili Litijum
Kalcijum ili Litijum Litijum Soda-kalcijum
uljni tip
Veliki (100mm) Litijum / ulje Litijum Kalcijum ili
Litijum Litijum ---
Vrlo veliki (200 mm ili više)
Kalcijum ili Litijum
Kalcijum ili Litijum
Kalcijum ili Litijum
Litijum ili soda-kalcijum ---
Ako je ležaj teško opterećen u odnosu na svoju veličinu, tj. treba se voditi preporukama proizvođača, ili ako je ležaj izložen udarnim opterećenjem, važno je koristiti neku mast za visoke pritiske. Naravno jedan visoko opterećen leteći ležaj će zahtjevati dobru mast za visoki pritisak. Generalno, preporučljivo je uvijek imati neko dobro antikoroziono sredstvo u masti, ali pošto najveći dio komercijalnih masti već sadržava aditive za razne namjene ili su sami od sebe dobri zaštitnici od korozije, ovo obično i nije ključni problem. 4.4 SINTETIČKA ULJA Sintetička maziva predstavljaju organska jedinjenja čija je struktura izrađena od estarskih, etarskih, ugljikovodoničkih i halogenugljikovodoničkih funkcionalnih grupa. Ovo su jedinjenja koja se dobiju reakcijama sinteze. Sintetička maziva imaju sljedeće karakteristike: visoka oksidaciona i termička stabilnost, niska isparljivost, dobre viskozno-temperaturne karakteristike i slaba zapaljivost. Međutim, sintetička maziva imaju i neke nedostatke kao sto su: slabo rastvaranje aditiva, nekompatibilnost sa materijalima zaptivnih elemenata i visoka cijena. Zbog toga se sintetička maziva koriste kada se problem podmazivanja ne može uspješno riješiti primjenom klasičnih maziva, kada je to tehničkim propisom proizvođača dotične opreme decidno rečeno i kada to ukupni troškovi proizvodnje dozvoljavaju, tabela 4.19.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
151
Tabela 4.19 Vrste i osnovne karakteristike sintetičkih ulja Vrsta ulja
Osobine
Viskozitet
Primjena
Etarska ulja
Posjeduju dobre viskozno-temperaturne
karakteristike, naročito na niskim temperaturama, imaju visoke vrijednosti indeksa viskoziteta i nisku
tačku tečenja.
od 8 do 19500 [mm2/s]
pri 40[oC].
Na hidrauličkim kočionim sistemima kod automobila, u mjenjačima automobila, za izradu zaptivnih materijala specifične namjene, kao osnova za proizvodnju mazivih masti, pri obradi metala rezanjem i podmazivanju dvotaktnih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.
Estarska ulja
Mogu se dobiti povoljne vrijednosti indeksa
viskoziteta, temperature stinjavanja, termičke i oksidacione stabilnosti.
---
U opštoj industriji, za proizvodnju polusintetičkih motornih ulja a naročito za podmazivanje elemenata i sklopova kod civilnih i vojnih aviona.
Sintetički ugljiko-vodonici
-alkilaromati i -oligomeri olefina.
---
Za klipne kompresore, rashladne uređaje, pri obradi valjanjem, kao višenamjenska ulja za radne uslove na niskim temperaturama, za proizvodnju mazivih masti za podmazivanje na niskim temperaturama, Pri obradi valjanjem i izvlačenjem, pri obradi metala rezanjem, kao ulja za kaljenje i za proizvodnju maziva za dvotaktne motore sa unutrašnjim sagorijevanjem i maziva za električne kablove
Silikonska ulja
Silikonska ulja se odlikuju visokom
temperaturom ključanja, malom isparljivošću, malim uticajem temp-
erature na promjenu viskoziteta.
Viskozitet ovih ulja je
oko 1000 [mm2/s] na temperaturi od 20[oC].
Koriste se u vojnoj tehnici, za podmazivanje preciznih instrumenata, elektroprekidača, za podmazivanje niskoopterećenih ležajeva sa visokim radnim temperaturama. Osim toga, silikonska ulja se koriste i za proizvodnju litijumovih mazivih masti za podmazivanje do temperatura od 200[oC].
4.5 ČVRSTA MAZIVA Pod čvrstim mazivom se podrazumijevaju tanki filmovi čvrstih materija koje se nanose na površine elemenata mašina kako bi se smanjilo trenje i habanje. Čvrsto mazivo se koristi kada su fluidi:
▫ Nepoželjni, jer zagađuju proizvod kao npr. u prehrambenoj industriji, električni kontakti, u uslovima otežanog održavanja ili problema skladištenja i sl.
▫ Neefikasni u uslovima: Opasne okoline ……………korozivni gasovi, blato i prašina. Visoke temperature ……… prerada metala, rakete. Kirogenske temperature… rakete, rashlađivanje elektrana. Radijacija………………… reaktori, svemir. Svemir/Vakum …………… sateliti, radijacijska oprema. Nagrizajuće okoline……… općenito; često se koriste sa uljima. Ekstremni pritisci………… općenito; često se koriste sa uljima.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
152
Tipovi čvrstog maziva U grupu čvrstih maziva se mogu svrstati oni materijali koji se namjenski koriste u tehnici podmazivanja, samostalno ili u kombinaciji sa drugim materijalima. Ovi materijali su najčešće kombinovane lamelarne strukture u obliku praha (molibdensulfid, grafit i dr.), kao i neorganski materijali nelaminarne strukture koji nalaze primjenu u zadnjih dvadesetak godina. U odnosu na tečna maziva i mazive masti, čvrsta maziva imaju nekoliko prednosti:
stabilnost u prisustvu hemijski agresivnih tečnosti i gasova kao i radioaktivnih sredina,
mogućnost primjene u širokom rasponu temperatura, mogućnost zaštite površina od trošenja pri veoma visokim pritiscima i veoma
niskim brzinama klizanja i ne zahtijevaju posebne sisteme i uređaje za podmazivanje.
Grafit Grafit ima specifičnu kristalnu strukturu raspoređenu po paralelnim molekularnim slojevima i predstavlja klasično čvrsto mazivo laminarne strukture. Zbog povoljnog odnosa čvrstoće u horizontalnoj i vertikalnoj ravni prostorne strukture, grafit, kada se nađe između dvije površine, značajno smanjuje koeficijent trenja. Grafit, a također i ostala čvrsta maziva laminarne strukture, vrlo dobro prijanja na metalne površine popunjavajući pri tome udubljenja profila površina, tako da nakon perioda uhodavanja površina nastupa klizanje grafita po grafitu. Grafit svoja maziva svojstva zadržava i u prisustvu zraka, vlage, međutim u vakuumu ih skoro potpuno gubi. Temperatura oksidacije grafita je oko 350 [oC], a sve do 320[oC] se može uspješno koristiti kao mazivo sredstvo. Mazive karakteristike grafita se umnogome mogu poboljšati ako se pomiješa sa uljima, emulzijama i mazivim mastima, a naročito sa 10 do 15% molibden sulfuda. Tri su osnovna načina upotrebe grafita kao maziva i to: u obliku praha (utrljavanjem ili u obliku suspenzija sa odgovarajućim solventom koji isparava nakon nanošenja na površine), u obliku paste ili se pak dodaje mazivim uljima, mastima ili polimernim smolama. Molibdendisulfid Molibdendisulfid (MoS2) sastavljen je od jednog atoma molibdena i dva atoma sumpora sa vrlo slabim vezama između molekula. Zbog toga molibdendisulfid daje vrlo nizak koeficijent trenja. Ako se uzme u obzir i činjenica da se MoS2 čvrsto veže za metalne površine, onda je s razlogom ovo najčešće upotrebljavano čvrsto mazivo. Stepen vezivanja molibdendisulfida za metalne površine zavisi od hrapavosti površine, te je utvrđeno da se najpovoljnija debljina sloja javlja pri Ra=1 do 1,5 [µm]. Molibdendisulfid se kao i grafit koristi pomiješan sa isparljivim solventom i kao dodatak uljima i mazivim mastima, ili u obliku čistog praha. Dejstvo MoS2 u uljima i mazivim mastima naročito je izraženo u uslovima graničnog i miješanog podmazivanja. Također, molibdendisulfid se pomiješan sa vodom uspješno koristi pri obradi metala rezanjem i procesima istiskivanja u toplom stanju. Temperatura postojanosti MoS2 s aspekta održavanja karakteristika podmazivanja je dosta visoka i iznosi oko 400[oC], dok na temperaturama preko 600[oC] nastaje oksid molibdena koji je vrlo štetan u tribološkim sistemima zbog svoje velike abrazivnosti.
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
153
Neorganska nelaminarna čvrsta maziva U ova maziva spada čitav niz materijala od kojih su najvažniji olovnimonoksid (PbO), kalcijumoksid (CaO), kadmijumoksid (CdO) i kalcijumfluorid (CaF2). Olovnimonoksid je slabo mazivo sredstvo do temperature oko 250[oC], ali preko te temperature, pa sve do 650[oC] posjeduje vrlo dobre mazive karakteristike. Slične, mada slabije, karakteristike posjeduju i kalcijumoksid i kadmijumoksid. Kalcijumfluorid je vrlo dobro mazivo do temperature oko 400[oC], ali sa dodatkom grafita i keramičkih materijala predstavlja jedno od najboljih mazivih sredstava za vrlo visoke radne temperature (od 700[oC] do 1000[oC]), kada se druga maziva praktično i ne mogu upotrebljavati. Metali kao maziva Olovo i kalaj su najčešće primjenjivani metali kao maziva sredstva kod valjanja i izvlačenja, posebno šipki, cijevi ili žica od nerđajućeg čelika ili čelika legiranih niklom. U metalurgiji, u raznim procesima obrade plastičnom deformacijom koriste se i cink, bakar, barijum, aluminijum i indijum. Za podmazivanje ležajeva upotrebljavaju se i plemeniti metali, npr. Srebro za površinske prevlake kod nekih ležajeva motora u vezduhoplovstvu ili u nekim dizel motorima. Takođe se koriste i zlatne prevlake u nekim specifičnim primjenama. Za potrebe podmazivanja ležajeva pumpi i hlađenje sistema u oblastima vrlo visokih temperatura koriste se i litijumi mješavina natrijuma i kalijuma u tečnom stanju. 4.6 GASOVITA MAZIVA Gasovita maziva se primjenjuju u uslovima aerostatičkog i aerodinamičkog podmazivanja. Neke karakteristike gasova su: hemijska stabilnost na visokim temperaturama, niska vrijednost dinamičkog viskoziteta pri povišenim temperaturama, nizak pritisak za uvođenje u sistem sa aerostatičkim ili aerodinamičkim uslovima podmazivanja. Međutim, nedostaci gasova kao što su stvaranje turbulencija pri strujanjima, velika kompresibilnost i sl., ne dozvoljavaju veću primjenu gasova kao maziva. Ilustracije radi, u tabeli 4.20 prikazane su neke karakteristike za najčešće upotrebljavane gasove kao maziva sredstva. Tabela 4.20 Neke karakteristike gasovitih maziva
KARAKTERISTIKA
Vazduh O2 CO2 N2 H2 He
Gustina, [kg/m3], pri temperaturi 0oC i pritisku 105[MPa] 1,29 1,43 1,98 1,25 0,09 0,18
Toplotna vodljivost, λ, [W/moK], pri 100oC 0,033 0,033 0,023 0,031 0,216 0,171
Kinematski viskozitet, ν, [mm2/s] 13,2 13,4 6,92 13,2 93,4 104,2
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
154
4.7 OSTALE TEČNOSTI Postoji širok spektar tečnosti sa mnogo različitih primjena koji mogu dolaziti u kontakt s tribološkim komponentama. U ovom slučaju, najvažnije svojstvo tečnosti je obično njegov viskozitet. Zbog toga su, na narednim slikama 4.8 ÷4.13, predstavljene vrijednosti viskoziteta za neke uobičajene tečnosti i za neke važnije procesne fluide (tečnosti).
Temperatura, oC
Slika 4.8 Viskozitet vode na različitim temperaturama i pritiscima
Linija zasićenja
Pritisak, bar
Dinamički viskozitet, Pa s
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
155
Temperatura, oC
Slika 4.9 Viskozitet različitih rashladnih tečnosti
Dinamički viskozitet, cP
RASHLADNO SREDSTVO 11
RASHLADNO SREDSTVO 12
SLANA VODA
SLANA VODA
SLANA VODA
RASHLADNO SREDSTVO 113
Dinamički viskozitet, Pa s
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
156
Temperatura, oC
Slika 4.10 Viskozitet raznolikih toplotno prenosnih fluida
Dinamički viskozitet, cP
50 cST SILIKON (POLYDIMETHYL SIOXANE)
TERTACHLORDIPHENYL (AROCLOR 1248)
TIPIČNI DIESTER
26.5% DIFENIL/ DIFENIL ETER
1,2-DIHLORBENZEN
MORSKA VODA
VODA
Dinamički viskozitet, Pa s
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
157
Temperatura, oC
Slika 4.11 Viskozitet raznolikih lakih petrolejskih proizvoda
Dinamički viskozitet, Pa s
Dinamički viskozitet, cP
OBIČNO PLINSKO ULJE
OBIČNO DIZEL GORIVO
KEROZIN
VISOKO VISKOZNI KEROZIN
NISKO VISKOZNI KEROZIN
NISKO VISKOZNI BENZIN
VISOKO VISKOZNI BENZIN
OBIČNI ATK
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
158
Temperatura, oC
Slika 4.12 Viskozitet raznolikih teških petrolejskih proizvoda
Dinamički viskozitet, Pa s
Dinamički viskozitet, cP
LOŽ ULJE 1000 REDWOOD SEKUNDI
LOŽ ULJE 6000 REDWOOD SEKUNDI
LOŽ ULJE 200 REDWOOD SEKUNDI
OBIČNO PLINSKO ULJE
SREDSTVA ZA PODMAZIVANJE
159
Temperatura, oC
Slika 4.13 Viskozitet raznolikih mješavina na bazi vode
Za sve praktične svrhe, gore navedeni fluidi mogu se svrstati u Njutnove fluide, ali ostali fluidi, kao što je mješavina voda u ulju (emulzija), su ne njutnovski fluidi. Vrijednosti viskoziteta data za običnu 40% mješavinu vode u ulju (emulzija) je za veoma male brzine smicanja. Za ovu mješavinu viskozitet će se povećati za 10% pri brzini smicanja približno 3000 s-1 i za 20% pri brzini smicanja priblizno 10000 [s-1].
Dinamički viskozitet, Pa s
Dinamički viskozitet, cP
PRITISAK, BAR
OBIČNA VODENA EMULZIJA (40% VODE)
OBIČNI VODENI GLIKOL