Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE




loading...



AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


MATERIALELE DE UNGERE (LUBRIFIANTII) - Definitie, rol functional, clasificare

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic








DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
SUDAREA CU ARC ELECTRIC
Transformarea cuplului motor in forta tangentiala de tractiune
DELIMITATORI DE TRAFIC DIN OTEL
STRUCTURA MECANICA A ROBOTILOR INDUSTRIALI
STUDIUL ASAMBLARILOR PRIN SUDARE - Procedee de sudare
ACTIONARI HIDRAULICE IN M.A.P.S.
Strunguri normale universale
CONTROLUL IMBINARILOR SUDATE
Pornirea directa a motorului asincron trifazat
Mecanismul batala cu decuplare periodica

MATERIALELE DE UNGERE (LUBRIFIANTII)

1. Definitie, rol functional, clasificare

Materialele de ungere (lubrifiantii) reprezinta componenta de baza al celui de-al treilea corp interpus intre elementele cuplei de frecare. Asa cum se stie, al treilea corp poate sa fie constituit si din straturi limita (adsorbite, chemisorbite) si oxizi, care au roluri tribologice. Vom analiza mai jos numai alte materiale de ungere decat straturile limita sau oxizii, si anume cele care sunt adue intre suprafetele cuplei pentru indeplinirea unor functii, care vor fi evidentiate mai tarziu. 1)




Clasificarea lubrifiantilor dupa starea agregare reprezinta principalul mod de clasificare (fig. 1).

Dupa starea de agregare

lubrifianti lichizi

lubrifianti semifluizi sau semisolizi (unsorile consistente)

lubrifianti solizi

lubrifianti gazosi

Fig. 1. Clasificarea lubrifiantilor dupa starea de agregare

 

Imbunatatirea unor proprietati ale lubrifiantilor lichizi sau semisolizi cu ajutorul unor produse chimice numite aditivi.

Functiile lubrifiantilor sunt redate in schema din fig. 2.

Functiile lubrifiantilor

1. de lubrificatie/ungere (antifrictiune + antiuzare)

2. de racire

3. de protectie chimica

4. de etansare

5. de transport a uzurii

6. de atenuare a socurilor si vibratiilor.

Fig. 18.2. Functiile lubrifiantilor

 

Functia de lubrificatie/ungere este functia tribologica de baza. Ea consta in separarea de catre lubrifiant a suprafetelor in miscare relativa ale cuplei de frecare. Efectele tribologice cele mai importante al acestei functii:

antifrictiunea, adica coeficient de frecare redus;

antiuzarea, adica    evitarea uzarii sau mentinerea uzarii in limite restranse.

Ca urmare a acestor efecte tribologice de baza apare un lant de efecte conexe asupra cuplei si sistemului din care face parte:

cresterea fiabilitatii;

cresterea randamentului mecanic;

cresterea performantelor de putere si economicitate.

Functia de racire consta in evacuarea unei parti din caldura produsa in cursul procesului de frecare prin masa de lubrifiant. In multe situatii (lagarele de alunecare sau rostogolire), lubrifiantii constituie mijlocul cel mai important care asigura regimul termic adecvat cuplei de frecare. De remarcat ca aceasta functie este cel mai bine indeplinita de lubrifiantii fluizi (lichide, gaze); spre deosebire, unsorile consistente si lubrifiantii solizi nu au aceasta calitate.

Functia de protectie chimica se realizeaza prin formarea pe suprafete a unor compusi chimici sau pelicule aderente; ca urmare, astfel de straturi protejeaza suprafetele metalice de actiunea coroziva a mediului sau chiar a lubrifiantului.

Functia de etansare se realizeaza prin insasi prezenta lubrifiantului intre suprafetele cuplei de frecare. Prin aceasta functie se evita sau se reduce:

  1. trecerea unui mediu prin spatiul dintre elementele cuplei de frecare;
  2. patrunderea impuritatilor (praf, particule metalice, umiditate, acizi) prin spatiul dintre elementele cuplei de frecare.

Un exemplu semnificativ al importantei functiei de etansare la automobile este oferit de prezenta uleiului intre segmentii pistonului si cilindru, prin care se realizeaza :

o etansare necesara a camerei de ardere din cilindru, pentru realizarea optima a procesului de combustie;

implicatii directe prin calitatea etansarii asupra cresterii puterii si economicitatii motorului si a reducerii consumului de ulei.

Functia de transport a uzurii. Uzura rezultata in urma procesului de uzare si manifestata prin particule metalice desprinse este transportata de masa de fluid. Aceasta functie se realizeaza cel mai bine la lubrifiantii fluizi. Evident, se impune sub acest aspect si necesitatea filtrarii lubrifiantului, in scopul mentinerii proprietatilor sale initiale.

Functia de atenuare a socurilor si vibratiilor se realizeaza mai ales prin utilizarea lubrifiantilor lichizi si semisolizi.

2. Lubrifiantii lichizi

2.1. Clasificare, consideratii generale

O clasificare a lubrifiantilor lichizi dupa modul de obtinere si cu exemplificari este redata in fig. 3.


Lubrifiantii lichizi

minerali

uleiuri

naturali

apa

metalele topite

vegetali

animali

sintetici (uleiuri)

Fig. 18.3. Clasificarea lubrifiantilor din punctul de vedre al obtinerii lor

 

Se observa ca uleiurile fac parte din grupa lubrifiantilor naturali minerali, sau se pot obtine pe cale sintetica. O detaliere mai larga dupa scopul utilizarii a uleiurilor tehnice (utilizate in tehnica) este prezentata in fig. 4.


Uleiurile tehnice

lubrifiante

minerale

sintetice

hidraulice (pot fi folosite in anumite limite si pentru ungere)

electroizolante

cu destinatii speciale

Clasificarea uleiurilor tehnice

 


Uleiurile lubrifiante se compun din:

a)     un stoc de baza, care reprezinta:

unul sau mai multe uleiuri de baza minerale, obtinute prin tehnologii specifice din titeiul brut (se face mai intai distilarea atmosferica a titeiului prin care se obtine pacura usoara, iar apoi - distilarea ulterioara in vid a pacurii usoare); aceste uleiuri e baza sunt hidrocarburi parafinice, naftenice, aromatice si cu structura mixta si mici cantitati de sulf;

sau uleiuri obtinute prin procedee de sinteza;

b)     eventual suplimentar aditivi (produsi chimici complecsi), in cantitate de 0,5%33% din greutatea lubrifiantului.

Ponderea covarsitoare a uleiurilor de motoare sau transmisie o constituie uleiurile minerale, care vor fi discutate in capitolul urmator.

Lubrifiantii sintetici (uleiurile sintetice) reprezinta o categorie de lubrifianti obtinuta prin sinteza. Aceste uleiuri:

asigura functionarea pentru un domeniu mai larg de temperaturi (pentru ca au o variatie mai mica cu temperatura a vascozitatii, precum si o rezistenta mai mare la oxidare si la descompunere termica);

asigura functionarea in conditii grele de presiune (cand creste vascozitatea);

sunt rezistente la radiatii.

De exemplu, siliconii sunt uleiuri de sinteza care:

pot fi utilizate intre -50 si +450oC;

au proprietatea de a fi antispumante;

nu au onctuozitate, de aceea este necesara aditivarea lor, pentru a se suplini aceasta deficienta;

vascozitatea lor creste repede cu presiunea, asigurand proprietati bune de ungere in conditii foarte grele de incarcare.

Se poate concluziona ca uleiurile sintetice vor inlocui cu timpul pe cele minerale. Astazi ele sunt foarte scumpe si folosirea lor se face deocamdata cu mare retinere (numai in domenii de varf sau atunci cand cele minerale nu dau satisfactie in conditiile de functionare cerute.

2.2. Uleiurile minerale

2.2.1. Clasificarea proprietatilor uleiurilor

Proprietatile uleiurilor sunt:

a)      functionale;

b)      fizico-chimice (marimi fizico-chimice caracteristice).

Proprietatile functionale sunt cele lubrifiante sau de serviciu (fig. 5).

Proprietatile functionale

lubrifiante

antiuzare

antiabraziune

antigripare (evitarea adeziunilor locale)

rezistenta la uzarea prin oboseala



antifrictiune

micsorarea frecarilor

facilitarea ruperii microsudurilor locale

proprietati de serviciu

stabilitatea in functionare si la depozitare

rezistenta termica

actiunea coroziva pe metal

actiunea pe materiale nemetalice

emulsionabilitatea

spumarea

Fig. 18.5. Proprietatile functionale ale uleiurilor minerale

 

Unele marimi fizico-chimice ale uleiurilor minerale sunt precizate in tabelul 1. Unele caracteristici/marimi fizico-chimice ale uleiurilor au o influenta particulara sub aspect tribologic si, in general, asupra functionalitatii sistemului tehnic unde sunt ele utilizate, legate de comportarea tribologica. De exemplu, la motoarele cu ardere interna, unele marimi fizico-chimice ale uleiurilor folosite au efecte asupra performantelor de putere si economicitate, concentratiei de noxe emise, comportarii in exploatare etc. In cadrul prezentului curs se vor prezenta mai detaliat numai marimile fizico-chimice care intereseaza sub aspectul comportarii tribologice a uleiurilor.

2.2.2. Vascozitatea

Vascozitatea este una din cele mai importante marimi fizico-chimice ale uleiurilor care intereseaza sub aspect tribologic. Este o marime fizica care caracterizeaza frecarea interna din fluid.

Tabelul 1. Marimi fizico-chimice ale uleiurilor

Marimi fizico-chimice

Standardul romanesc in care se indica metoda de analiza

Viscozitatea

Vascozitatea cinematica

STAS 117-66

Densitatea la 15oC

STAS 35-81

Punct de inflamabilitate, oC min.

STAS 5443-

Indicele de vascozitate

STAS 55-81

Punctul de congelare, oC max.

STAS 39-82

Aciditatea organica, mg KOH/g, max.

STAS 23-75

Aciditatea naturala si alcanilitate

STAS 22-64

Continutul de apa

STAS 24-80

Impuritati mecanice, %

STAS 33-78

Cenusa, %

STAS 38-81

Tendinta de spumare

STAS 7423-70

Cifra de cocs, metoda Conradson, % max.

STAS 7729-67

Culoarea ASTMA

STAS 84-67

Stabilitatea la oxidare

STAS 118-68

Rezistenta la presiune ridicata pe masina cu 4 bile, diametrul petei de uzura (200N, 100 min), min. max.

STAS 8618-79

Coroziunea pe lama de Cu, max.

STAS 40-73

Punctul de ungere

STAS 39-80

Coroziunea pe otel in prezenta apei distilate

STAS 8441-80

Stabilitatea la oxidare, minute min.

STAS 8930-71

Cifra de neutralizare

STAS 8746-70

Cifra de saponificare

STAS 27-68

Exista trei marimi care definesc vascozitatea:

a)      vascozitatea dinamica;

b)      vascozitatea cinematica;

c)      vascozitatea relativa.

Pentru definirea vascozitatii dinamice, se analizeaza curgerea laminara a unui fluid in interstitiul dintre suprafetele unei cuple. Tensiunea tangentiala de alunecare dintre doua straturi paralele si infinit apropiate este data de formula lui Newton:

,

in care: h este un factor caracteristic al fluidului numit vascozitatea dinamica; dv/dy – gradientul de viteza p directia perpendiculara pe cea a vitezei in film.

Ipoteza dupa care exista aceasta proportionalitate intre tensiunea de forfecare din film si gradientul de viteza este justificata de experienta pentru un numar mare de fluide, denumite fluide newtoniene; nu sunt newtoniene fluide cum sunt apa, unsorile, metalele topite (fig. 6).

Unitatea de masura a vascozitatii dinamice in SI este:

.


Se utilizeaza adesea unitatea derivata mPa s. De asemenea, este folosita si unitatea de masura centi-Poisse:

.

Se mentioneaza ca 1 cP este aproximativ vascozitatea apei la 20o C.

In mecanica fluidelor, se foloseste frecvent marimea numita vascozitate cinematica:

,

in care intervine si densitatea a uleiului. Este interesant de observat ca expresia anterioara este analoaga celei a impulsului, scrisa in forma:

,

in care: v este viteza particulei; H – impulsul punctului material; m – masa punctului material. Rezulta ca viteza v din expresia impulsului este analoaga vascozitatii cinematice . De aici, o explicatie pentru termenul „cinematica” care apare in denumirea acestei marimi.

Unitatea de masura in SI a vascozitatii cinematice:

.

Se utilizeaza ca unitate derivata si St (Stokes):

,

sau centi-Stokes:

,

Vascozitatea relativa este raportul dintre vascozitatea dinamica a fluidului si cea a unui fluid de referinta (de regula apa pura la 20o). Vascozitatea relativa se masoara in grade E (oE). Exista urmatoarele expresii de conversiune din oE in cSt:

pentru :



;

pentru :

.

Dupa definirea vascozitatii, este de interes dependenta acesteia de temperatura si presiune.

Variatia cu temperatura a vascozitatii diferitelor medii este diferita, asa cum rezulta din analiza fig. 7. Se pot trage urmatoarele concluzii din analiza acestei figuri:

diferenta mare dintre valorile vascozitatii dinamice pentru ulei, apa, aer;

variatia puternica cu temperatura a vascozitatii uleiurilor minerale: aceasta scade abrupt;

variatia atenuata si inversa cu temperatura a vascozitatii aerului (a gazelor in general): explicatia tine de intensificarea miscarii browniene a moleculelor gazului, care inseamna o viscozitate mai mare a gazului.

Gradul (intensitate) de variatie a vascozitatii cu temperatura este evidentiat de indicele de vascozitate. Dintre diversii indici de vascozitate care au fost propusi pana astazi, numai cel al lui Dean si Davis propus in 1929 este de utilizare universala, de unde si denumirea de indice de vascozitate Dean-Davis (IV). Dintre toate uleiurile cu aceeasi viscozitate la 210o F (98o C), cei doi autori au ales doua uleiuri care au urmatoarele proprietati la 100o F (37,8o C):

unul dintre ele este uleiul parafinic, care are deci cea mai joasa vascozitate in grupa aleasa de uleiuri; deci el are si cea mai lenta variatie cu temperatura (IV=0);

celalalt este uleiul asfaltos, care are deci cea mai mare variatie cu temperatura a vascozitatii.

Folosind vascozitatile la cele doua temperaturi ale acestor uleiuri, se propune un calcul pentru stabilirea indicelui IV. Dar acest indice face obiectul unor critici justificate. Intr-adevar:

rezultatele experimentale nu confirma acest indice pentru uleiurile cu IV>100 (de la data aparitiei metodei aparand uleiuri mult superioare celor parafinice cu grade de variatie mai mici ale vascozitatii cu temperatura), sau pentru uleiurile putin vascoase ();

domeniul de caracterizare a variatiei cu temperatura este limitat intre cele doua temperaturi.

Este motivul pentru nu se discuta pe larg metoda de calcul a indicelui de viscozitate in cadrul prezentului curs.

Variatia vascozitatii cu presiunea se manifesta la majoritatea uleiurilor minerale, si anume, vascozitatea creste puternic cu presiunea (fig. 8). Se observa ca scade influenta presiunii asupra vascozitatii odata cu cresterea temperaturii. Se mai demonstreaza ca influenta presiunii depinde si de tipul uleiului mineral(aspectul nu se discuta in cadrul cursului). Fenomenul de crestere a vascozitatii cu presiunea prezinta importanta practica pentru contactele hertziene (cuple superioare: la angrenaje, rulmenti) care sunt lubrifiate si greu incarcate (presiunea poate ajunge chiar la ).

2.2.3. Onctuozitatea

Onctuozitatea se mai numeste putere de ungere sau capacitate de ungere. Ea este proprietatea lubrifiantului de a forma straturi moleculare (chiar monomoleculare) puternic fixate pe suprafata metalica. Onctuozitatea este de interes cand grosimea filmului s-a redus foarte mult, la ordinul de marime al unui strat monomolecular de fluid 100200 A: este cazul regimului de frecare-ungere limita. Formarea unui asemenea strat subtire se este urmarea manifestarii fenomenelor de adsorbtie fizica si, eventual, si chimica.

Onctuozitatea este o proprietate caracter relativ, ea manifestandu-se diferit:

pentru acelasi lubrifiant si diferite suprafete metalice (aspectul fizic al onctuozitatii); altfel spus, este posibil ca onctuozitatea sa fie diferita la plasarea aceluiasi lubrifiant pe suprafete metalice de natura diferita;

pentru aceeasi suprafata metalica si diferiti lubrifianti (aspectul fizic al onctuozitatii);

la diferite temperaturi (latura chimica a onctuozitatii).

Nu s-au stabilit pentru aceasta proprietate unitati de masura. Dar se poate face o apreciere comparativa a diverselor uleiuri din punctul de vedere al onctuozitatii, astfel:

dupa marimea coeficientului de frecare (de alunecare) in conditiile frecarii limita;

dupa marimea coeficientului de frecare (de alunecare) la temperatura la care diferitele uleiuri au aceeasi vascozitate;

dupa marimea tensiunii superficiale a uleiului;

cu ajutorul unor aparate care permit aprecierea atat a onctuozitatii, cat si a uzurii si comportarii/presiunii de gripare; in tara noastra se utilizeaza masina cu 4 bile (conform recomandarii din STAS 8616-70), care permite stabilirea sarcinii la care apare griparea, a timpului de gripare.

2.2.4. Alte proprietati

In continuare se indica pe scurt alte proprietati ale uleiurilor:

a)        Densitatea si caldura specifica. Sunt marimi care intervin in calculul caldurii evacuate de lubrifiant. Pentru uleiuri se poate considera, in general:

densitatea, ;

caldura specifica, c=2000 J/(kg∙K).

Se precizeaza, de asemenea, ca densitatea scade, iar caldura specifica creste odata cu temperatura.

b)        Puncte termice caracteristice:

inferioare: punctul de congelare, punctul de curgere si punctul de tulburare;

superioare: punctul de inflamabilitate, punctul de ardere, punctul de aprindere

Punctul de congelare, punctul de curgere si punctul de tulburare sunt caracteristici importante pentru punerea in evidenta a comportarii la temperaturi scazute. Ele intereseaza, de exemplu, la pornirea la rece a motoarelor termice sau la manipularea lubrifiantilor. Trecerea de la faza lichida la cea solida, pana la anularea curgerii uleiului, se face intr-un interval ingust de temperatura, prin aparitia de cristale si cresterea vascozitatii. Definitiile acestor puncte:

punctul de congelare este temperatura la care apare solidificarea uleiului, adica proprietatile de curgere sunt anulate;

punctul de curgere este temperatura la care uleiul mai are o usoara mobilitate, care se observa un anumit timp intr-o eprubeta de control aflata intr-o pozitie inclinata. Este cel mai utilizat la evaluarea uleiurilor;

punctul de tulburare este temperatura la care apar cristale, care tulbura masa de ulei.

La uleiurile minerale, celelalte puncte au valori mai ridicate in raport cu punctul de congelare: punctul de curgere - cu circa 3o C; punctul de tulburare - cu circa 5-15o C.

Uleiurile cu puncte de congelare scazute sunt folosite la sistemele care functioneaza la temperaturi scazute. Avioane, autovehicule etc.

Punctul de inflamabilitate, punctul de ardere, punctul de aprindere reprezinta grupa de puncte termice superioare. Ele nu sunt legate de comportarea tribologica, ci de compozitia chimica si pot fi utili in situatii specifice (motoare cu ardere interna, depozitare etc.). In definitii restranse:

punctul de inflamabilitate este temperatura la presiune atmosferica la care uleiul se aprinde pe durata redusa;

punctul de ardere este temperatura la care arderea se mentine. Este mai ridicat cu circa 20-60o C decat cel de inflamabilitate;

punctul de ardere este temperatura la care vaporii uleiului existent intr-un aparat specific se aprind de la sine.

c) Continutul de impuritati da indicatii asupra comportarii tribologice a uleiurilor. Exista trei grupe de impuritati care sunt considerate:

impuritatile mecanice, care pot intrerupe filmul continuu de lubrifiant, dar subtire, sau au efect abraziv daca au duritate mai mare decat cea a suprafetelor cuplei;

apa si acizii liberi, care poate cauza coroziunea sau pot dauna (apa) procesul de aducere a uleiului la sistemele de ungere care lucreaza prin absorbtia acestuia (ungerea prin fitil);

cenusa, ca rezultat al arderii uleiului, care determina uzare (cerinta la uleiurile de motoare cu ardere interna).

d) Stabilitatea chimica inseamna rezistenta uleiului la actiunea oxidarii (hidrocarburilor nesaturate). Compusii chimici care rezulta scad proprietatile tribologice de antifrictiune si antiuzare ale uleiurilor. Procesul se manifesta in timp (are loc imbatranirea lubrifiantului).

2.2.5. Clasificarea si simbolizarea uleiurilor

Clasificarea, simbolizarea caracteristicile specifice si indicatiile de utilizarea uleiurilor sunt date in STAS 871-81.

Clasificarea uleiurilor se face dupa domeniul de utilizare. Exista, astfel, uleiuri pentru (in paranteza se indica simbolul literal):

motoare termice (M- uleiuri pentru m.a.s.; D – uleiuri pentru m.a.c.; AVI – uleiuri pentru aviatie);

transmisii de autovehicule (T);

masini si utilaje industriale (I – uleiuri industriale; C – uleiuri pentru cilindri; K – uleiuri pentru compresoare; Tb – uleiuri pentru turbine; F – uleiuri pentru instalatii frigorifice; L – uleiuri pentru lagare; TIN – uleiuri pentru transmisii industriale, angrenaje, lanturi, roti dintate; G – uleiuri pentru glisiere; H – uleiuri pentru instalatii hidraulice).

Notatia contine in ordine:

a)      simbolul literal care defineste domeniul de utilizare (mentionata mai sus);

b)      simbolul numeric si literal care defineste viscozitatea:

dupa SAE (codul SAE), pentru uleiurile M, D, T; acest cod se discuta mai jos;

vascozitatea in cSt la 50o C sau 100o C, dupa caz, la celelalte uleiuri;

c)      simbolul literal privind clasa (calitatea) aditivarii; ea exista numai la:

uleiurile M si T, si anume: neaditivat, Premium, Extra, Super 1, Super 2, Super 3;

uleiurile T, si anume: neaditivat I sau II, EP1, EP2.

Codul SAE (Society of Automotive Engineers) este constituit din notatiile care definesc intervale de viscozitate:

a)      la uleiurile M si D: 5 W, 10 W, 15 W, 20 W, 20, 30, 40 50;

b)      la uleiurile T: 75, 80, 90, 140.

Ordinea crescatoare a numerelor din notatiile anterioare semnifica cresterea vascozitatii. Notatia in care apare litera W indica uleiul de iarna, celelalte notatii (numai numerice) fiind pentru uleiul de vara. Daca uleiul este de iarna si vara sau multigrad, atunci simbolul SAE contine cele doua notatii de viscozitate, separate prin semnul / (exemplu: 15 W/40).

Exemple de notatii:

M 15 W/40 Super 1: ulei pentru    m.a.s. multigrad, care are clasele de viscozitate SAE 15 W (vara) si 40 (iarna) si este aditivat clasa Super 1;

D 30 Premium: ulei pentru m.a.c., care are clasa de viscozitate SAE 30 si este aditivat clasa Premium;

T 90 EP2: ulei pentru transmisii de autovehicule, care are clasa de viscozitate SAE 90 si clasa de aditivare EP2 (aditivi de extrema presiune);

T 140 I, T 140 II: uleiuri pentru transmisii de autovehicule, care are clasa de viscozitate SAE 140 si este neaditivat clasa I sau II;

Tb 22: ulei pentru turbine, care are vascozitatea de 22 cSt la 100o C.

3. Unsorile consistente

3.1. Definitie, compozitie, rol functional

Definitie. Unsorile sunt dispersii de sapunuri metalice sau alti ingrosatori (hidrocarburi solide etc.) in uleiuri minerale sau sintetice. Deci ele sunt substante semisolide complexe cu doua faze: lichida si solida. Faza lichida (de dispersie) are ponderea de 75-90% din greutate; ea imprima unsorii consistente calitatile lubrifiante, in special prin vascozitatea ei (a uleiului/uleiurilor de baza). Faza solida (dispersa) este alcatuita din sapunuri metalice si aditivi.

Compozitie. Sapunurile metalice (ingrosatorii de baza) sunt saruri ai acizilor grasi 1)cu anumite metale (Ca, Na, Li, Al, Pb etc.). Sapunurile metalice determina proprietati importante ale unsorii, in special stabilitatea la temperatura. Exemple de efecte ale diferitelor sapunuri metalice:

a)      unsorile pe baza de Ca resping apa - deci se pot folosi in medii umede -, dar nu au stabilitate ridicata si ca urmare se folosesc si intr-un domeniu restrans de temperaturi (565o C);

b)      unsorile pe baza de Na au o stabilitate ridicata, se pot folosi la temperaturi mai ridicate, dar sunt avide de apa, deci nu se pot folosi in medii umede;

c)      unsorile pe baza de Li (considerate ca unsori ale viitorului) si cele cu sapunuri complexe de Ca sau Al au cele mai bune proprietati: stabilitate ridicata si, deci, si posibilitatea folosirii la temperaturi ridicate, si nu sunt avide de apa.

Hidrocarburile solide sunt de tipul parafinei sau cerezinei.

In cazul unsorilor sintetice, uleiul este de tipul siliconic sau polieteric, iar ingrosatorii sunt polimeri organici (polipropilena, polibutilena).

Aditivii au rolul de a imbunatatii proprietatile de baza ale unsorilor consistente.

Rolul functional al unsorilor:

a)      pentru ungere la viteze mai reduse decat uleiurile, cand nu este necesara ungerea sub presiune sau cand accesul lubrifiantului este dificil (domeniul fiind rulmentii, articulatiile);

b)      pentru protectia contra coroziunii.

3.2. Proprietatile unsorilor

Proprietatile de baza structural-mcanice ale unsorilor sunt: vascozitatea, punctul de picurare, limita de rezistenta, penetratia, omogeneitatea ca sisteme disperse, stabilitatea termica. Este utila o analiza a acestor proprietati.

Vascozitatea este o marime care nu depinde nu numai de temperatura, ci si de viteza relativa a suprafetelor cuplei de frecare; din acest punct de vedere, se spune ca unsorile sunt medii vascoplastice. Acest aspect rezulta din analiza reprezentarii din fig. 9, a variatiei tensiunii tangentiale dintr-un plan pe care aluneca doua straturi de fluid, pentru diferite tipuri de fluide. Se observa ca unsoarea se apropie din acest punct de vedere de asa numitul mediu Bingham, ea fiind un mediu nenewtonian. Mediul Bingham este caracterizat de dependenta:

in care to reprezinta pragul de tensiune (sau de curgere). Semnificatia fizica a pragului de tensiune: unsoarea nu va curge pana ce tensiunea tangentiala locala nu va depasi valoarea tensiunii to; altfel spus, unsoarea se va comporta ca un solid pentru tensiuni inferioare ale lui to

Privind valoarea vascozitatii, se mentioneaza cazurile cand ea determina neajunsuri:

vascozitatile excesiv de mari impiedica accesul spre zonele de ungere;

vascozitatile reduse favorizeaza scurgerea unsorii dintre suprafetele cuplei.

Punctul de picurare este temperatura la care se desprinde prima picatura din unsoarea consistenta sub actiunea propriei sale greutati. Punctul de picurare este o proprietate care limiteaza temperatura maxima de exploatare: o unsoare este cu atat mai buna, cu cat temperatura ei de picurare este mai ridicata, ungerea ramanand totusi asigurata la temperatura de exploatare. Valoarea punctului de picurare este cuprinsa in simbolizarea unsorii (a se vedea discutia ulterioara).

Limita de rezistenta este presiunea la care unsoarea incepe sa curga intr-un tub capilar cu anumite dimensiuni la temperatura de incercare. Este marimea care precizeaza limita de utilizare a unsorii inainte de a curge sub actiunea solicitarilor mecanice.

Penetratia este adancimea (in zecimi de milimetru) pana la care se cufunda un penetrometru (con de dimensiune si greutate standardizate) in timp de 5s in proba de unsoare la temperatura de 25o C (STAS 2392-86). Penetratia este o masura a consistentei ei, sau – altfel spus – a capacitatii unsorii de a nu fi expulzata dintre suprafete, sau de a fi introdusa usor intre ele. Valoarea penetratiei intr-o plaja este legata de asa numitul grad de consistenta, notata prin cifre arabe (de exemplu, in ordinea scaderii valorii penetratiei: 0 – consistenta foarte moale; 1 – consistenta moale; 2 – consistenta semimoale etc.). Gradul de consistenta apare in notatia unsorii.



Omogeneitatea unsorii ca sistem dispers coloidal se apreciaza vizual, prin observarea stratului de unsoare de (1…2) mm intins pe o lamela de sticla. Proba nu trebuie sa aiba impuritati mecanice, bule de aer sau sapun nedizolvat.

Stabilitatea termica este proprietatea unsorii de a-si pastra starea coloidala sub influenta temperaturii, fara a se separa uleiul. Ea se apreciaza prin observarea starii de stabilitate a unei probe de unsoare la temperatura de incercare, pe durata de 72 de ore (STAS 562-86).

3.3. Clasificarea si simbolizarea unsorilor

Exista diferite clasificari: dupa consistenta, dupa destinatie. Ultima este standardizata in STAS 4951-81 si este redata in tabelul 2.

Tabelul 2. Clasificarea unsorilor consistente dupa destinatie (STAS 4951-81)

Clasa

Subclasa

Simbolul

Unsori lubrifiante

de uz general

U

pentru rulmenti

Rul

multifunctionale

UM

pentru temperaturi joase

TJ

pentru lagare deschise

LD

Unsori pentru etansare

de uz general

E

rezistente la solventi organici

RS

Unsori pentru protectia suprafetelor metalice

AR

Pentru automobile este utilizata intreaga gama de unsori mentionata in tabelul 2, cu exceptia celor destinate lagarelor deschise.

Notatia de baza contine:

simbolul de mai sus;

punctul de picurare;

natura sapunului;

gradul de consistenta.

Exemple de notatii:

U 85 Ca 2: unsoare de uz generale, punctul de picurare min. 85o C, pe baza de Ca, clasa de consistenta 2;

Rul S 180 Na 3: unsoare pentru rulmenti, cu adaos de acizi grasi sintetici, punctul d picurare min. 180o C, pe baza de Na, clasa de consistenta 3.

4. Analiza comparativa a uleiurilor si unsorilor

Avantajele uleiurilor fata de unsorile consistente

stabilitate structurala superioara;

sunt folosite la orice turatii (mica la care nu apar frecari interne mari ca la unsori);

isi mentin capacitatea de ungere la temperaturi la care unsorile o pierd:

la temperaturi foarte ridicate, deasupra punctului de picurare;

de asemenea, la temperaturi mult mai scazute, la care unsorile aduc mari pierderi de energie;

au frecare interna mai mica si, ca urmare, pierderi energetice mai mici;

permit inlocuirea completa a lubrifiantului, fara sa fie nevoie de demontarea si spalarea prealabila a componentelor sistemului uns cu ulei.

Avantajele unsorilor fata de uleiuri

nu necesita etansari complicate (etansarea uleiurilor este mai dificila); rezulta si constructia mai simpla a lagarelor (chiar gulerele de unsoare la capetele cuzinetilor sunt 'etansari');

nu necesita completari frecvente ca la uleiuri:

exemplu: inlocuirea sau completarea unsorilor de buna calitate folosite la ungerea rulmentilor se poate face la intervale de 6-10 luni;

alt exemplu: daca ungerea rulmentilor se face cu unsoare pe baza de Li, si exista o etansare proprie, nu mai este necesara completarea sau inlocuirea unsorii pe intreaga durata de functionare a rulmentilor;

mai buna aderenta la suprafetele cuplei; ca urmare, existenta stratului de lubrifiant la socuri sau pornirea dupa opriri indelungate, ceea ce asigura o buna functionare tribologica.

5. Lubrifiantii solizi

In anumite conditii functionale ale cuplelor de frecare (in special temperatura si mediu), folosirea lubrifiantilor lichizi devine inoperanta. Se folosesc, ca urmare, si lubrifiantii solizi, care satisfac anumite conditii de baza sub aspect tribologic in conditiile functionale mentionate:

rezistenta mica la forfecare;

duritate scazuta;

aderenta la suprafata metalica;

continuitatea filmului;

capacitatea de refacere in caz de rupere;

absenta impuritatilor cu caracter abraziv;

granulatie uniforma si cat mai redusa.

O serie de alte proprietati care nu influenteaza direct frecarea sunt determinante pentru alegerea materialului solid:

stabilitatea termica mare: lubrifiantii solizi pot functiona pana la 800oC, in timp ce lubrifiantii organici se pot folosi pana la 180oC;

punctul de topire ridicat: la depasirea punctului de topire scade brusc capacitatea de ungere, deoarece suprafetele metalice nu se mai pot proteja impotriva contactelor lor directe;

activitatea chimica slaba: reactivitatea chimica fata de metale ar putea compromite partial sau total proprietatile lubrifiante;

calitati anticorozive;

conductibilitatea termica ridicata pentru racirea suprafetelor de frecare: astfel, materialele plastice folosite ca lubrifianti solizi (care nu au conductibilitate termica) se amesteca cu pulberi fine metalice (cu granulatie substantial mai mica decat cea a materialului plastic, adica sub 0,8 mm), pentru a se mari pe aceasta cale conductivitatea lor termica;

densitatea mica mai ales la lubrifiantii solizi folositi ca dispersii in solventi: astfel, o densitate mai mica a particulelor favorizeaza stabilitatea dispersiilor.

Principalele tipuri de materiale folosite ca lubrifianti solizi sunt

a)      cele cu structura lamelara cristalina (grafitul, MoS2, WS2);

b)      sapunurile metalice (stearate de Ca, Na, Al, Mg etc.);

c)      acizii grasi solizi (stearic, palmitic);

d)      talcul;

e)      materiale plastice polimerice (teflon, nylon).

Materialele cu structura lamelara cristalina (grafitul, bisulfura de molibden MoS2, bisulfura de wolfram WS2) sunt folosite ca:

pulbere fina in suspensie coloidala (in uleiuri);

adaos in unsori consistente;

film uscat;

incorporat in materiale plastice.

Discutie asupra grafitului. Grafitul coloidal foarte curat (99,9%) se obtine in cuptoare electrice la 4000oC. Prin adaugarea sa intr-un mediu lichid impreuna cu anumite substante chimice (care impiedica aglomerarea particulelor, astfel ca grafitul ramane in suspensie) se obtine asa numitele concentrate de grafit. Acest concentrat se adauga in cantitati reduse (0,2-1%) in uleiul destinat ungerii sau in unsori. Actiunea tribologica a grafitului se manifesta astfel (fig. 10):

in vaile asperitatilor se creeaza o rezerva permanenta de amestec lubrifiant-grafit (care nu se poate indeparta prin metode chimice obisnuite);

lamelele de grafit se pot aseza intre varfurile rugozitatilor, impiedicand contactul lor direct.

Filmele uscate de grafit se pot utiliza la lagarele unor sisteme tehnice depozitate timp indelungat, care ar trebui puse in functiune imediat. Grafitul se poate incorpora si in unele materiale plastice destinate cuzinetilor.

Sapunurile metalice, acizii grasi, talcul actioneaza pentru reducerea frecarii direct, dar si prin produsele de reactie cu suprafetele metalice. Se aplica sub forma de solutie pe suprafete. Dau straturi protectoare tribologic, care sunt rezistente la presiuni reduse si temperaturi inferioare celor de topire a produselor lor de reactie cu suprafetele metalice.

Teflonul (PTFE - politetrafluoretilena) este un material plastic utilizat tribologic sub forma de bucse subtiri (cuzineti) sau straturi subtiri depuse pe fus sau cuzinet. Se obtin frecari foarte reduse (m=0,060,08 la frecarea uscata pe otel), o rezistenta inalta la uzura, o rezistenta inalta la coroziune (la actiunea acizilor si bazelor puternice). Isi mentine calitatile pana la 250300oC, daca aceasta actioneaza pe timp scurt; dar nu suporta decat presiuni si viteze reduse.

Observatie generala: daca se acopera cu straturi de lubrifiantii solizi ambele suprafete in miscare relativa, durabilitatea cuplei de frecare creste de 2-3 ori fata de cazul acoperirii unei singure suprafete.

6. Aditivii

Aditivii (adaosuri) sunt anumite substante chimice care se introduc in uleiuri sau unsori in anumite proportii, pentru imbunatatirea calitatilor tribologice ale acestora. Proportia in care se folosesc aditivii este de 0,5-33% din greutatea lubrifiantului. Folosirea lor conduce la scumpirea lubrifiantului (cu circa 70% la uleiurile de motoare).

Aditivii sunt cunoscuti de un secol, dar folosirea lor s-a accentuat mai ales in ultima jumatate a secolului 20. Utilizarea lor a constituit un adevarat progres in lubrificatie, deoarece a condus la imbunatatirea unor proprietatii dorite ale lubrifiantilor, la evitarea sau atenuarea unor proprietati nedorite si la conferirea altora noi. Iata exemple de efecte pe care le determina folosirea aditivilor:

a)      imbunatatirea sau activizarea unor proprietati:

variatie mai redusa a vascozitatii cu temperatura (aditivii de IV);

marirea capacitatii de anitigripare (aditivii antigripanti sau de EP);

b)      evitarea sau atenuarea unor proprietati nedorite:

evitarea oxidarii lubrifiantului (aditivii antioxidanti);

evitarea spumarii (aditivi antispumanti);

c)      realizarea de noi proprietati:

neutralizarea acizilor la uleiurile de motoare.

Atentie: imbunatatirea unor proprietati poate fi insotita de unele influente negative. De exemplu, aditivii de EP pot mari pericolul coroziunii.

Efectul lubrifiantilor aditivati poate fi diferit in functie de :

natura lubrifiantului (aditivii de EP determina o eficacitate marita daca uleiurile minerale sunt foarte pure fata de cazul in care uleiurile sunt rafinate normal);

suprafata pe care sunt interpusi (aditivii determina o eficacitate sporita pe fontele dure fata de fontele albe);

natura aditivului (otelurile aliate cu Cr reactioneaza mai bine cu aditivi continand clor, si in mai mica masura cu aditivi continand sulf);

vascozitatea lubrifiantului de baza in care se introduc aditivii (uleiurile mai vascoase sunt mai primitoare decat uleiurile mai putin vascoase).

Dupa rolul functional exista:

aditivi cu un singur rol functional;

aditivi polifunctionali.

Este interesant efectul diferit in functie de temperatura al diferitelor uleiuri fara si cu aditivi de onctuozitate cu efect fizic sau chimic intr-un regim de frecare limita sau mixta (fig. 11):

la uleiul fara aditivi, coeficientul de frecare creste continuu cu temperatura;

la uleiul cu aditivi de onctuozitate cum sunt acizii grasi (oleic, palmitic, stearic, lauric etc.), se formeaza chiar la temperaturi mici un strat aderent de sapunuri metalice, care asigura un coeficient de frecare scazut pana la temperatura de inmuiere si apoi de topire a acestor sapunuri, tcr;

la uleiul cu aditivi de extrema presiune (EP) (substante ca tricresil fosfat, naftenat de plumb etc.), aditivul intra in reactie chimica cu suprafata metalica la o anumita temperatura de reactie tcr, cand formeaza stratul chemisorbit;

daca exista ambele variante de aditivi (de onctuozitate si de EP), se obtin coeficienti de frecare redusi pe un domeniu larg de temperaturi.



In continuare se va folosi numai denumirea „lubrifianti”.

Acizi organici cu o anumita formula chimica.

Alte proprietati de stabilitate fizico-chimica sau de protectie anticoroziva nu se discuta in prezentul curs.



loading...






Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 2771
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site