潤(rùn)滑油含水量對(duì)45#鋼
——灰鑄鐵摩擦副磨損的影響研究

左 謙，田洪祥，孫云嶺

（海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢 430033）

0 引言

以潤(rùn)滑油為主要構(gòu)成的潤(rùn)滑系統(tǒng)是現(xiàn)代設(shè)備正常使用和發(fā)揮效能的重要保障[1]。而水分會(huì)通過(guò)水蒸氣凝結(jié)、冷卻泄漏等途徑不可避免地進(jìn)入潤(rùn)滑油中，在潤(rùn)滑油中積累的水分會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響[2]。

潤(rùn)滑油水分對(duì)設(shè)備的具體影響的實(shí)驗(yàn)研究起源于國(guó)外。Lancaster J K[3]、Parsaeian P[4]和Cen H[5]等的研究結(jié)果表明水分會(huì)對(duì)設(shè)備摩擦副磨損有促進(jìn)作用。另一方面，Echin A I[6]的研究表明水分的影響是復(fù)雜的，輕載時(shí)，1%以下含水量不會(huì)改變酯基合成油潤(rùn)滑特性，也不會(huì)造成設(shè)備磨損的增加；但是0.5%含水量且在重載下進(jìn)行磨損試驗(yàn)會(huì)輕微增加磨損。總之，潤(rùn)滑油含水量對(duì)設(shè)備摩擦副磨損的影響會(huì)因摩擦副材料、摩擦副種類和實(shí)驗(yàn)工況等因素的改變而改變。為了研究潤(rùn)滑油含水量對(duì)摩擦副磨損的影響，基于具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組件的磨損實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配制了含水量為0%，0.5%、1%的潤(rùn)滑油，用45#鋼制造圓盤和圓環(huán)試件，用灰鑄鐵制造銷和長(zhǎng)方體塊試件，進(jìn)行銷盤摩擦副和環(huán)塊摩擦副的磨損實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工況

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備為CFT-Ⅰ型磨損試驗(yàn)機(jī)，其組件如圖1 所示。往復(fù)摩擦組件裝配的零件為銷盤摩擦副（圖2a），銷材料為灰鑄鐵，圓盤材料為45#鋼；旋轉(zhuǎn)摩擦組件裝配的為環(huán)塊摩擦副（圖2b），長(zhǎng)方體塊材料為灰鑄鐵，圓環(huán)材料為45#鋼，如圖2 所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)工況

實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，環(huán)境溫度為15±3 ℃。潤(rùn)滑油牌號(hào)為CD15W-40 柴油機(jī)潤(rùn)滑油。實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)見(jiàn)表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

磨損實(shí)驗(yàn)主要分為磨損實(shí)驗(yàn)1 和磨損實(shí)驗(yàn)2 兩個(gè)部分，磨損實(shí)驗(yàn)1 按表1 設(shè)定好實(shí)驗(yàn)工況，在0%，0.5%、1%含水量的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑條件下，對(duì)45#鋼—灰鑄鐵材料的銷環(huán)摩擦副進(jìn)行15 min的磨損實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用鐵量?jī)x測(cè)量實(shí)驗(yàn)油樣鐵磁性磨粒含量。磨損實(shí)驗(yàn)2 在0%、0.5%、1%含水量的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑條件下，按表1 設(shè)定好實(shí)驗(yàn)工況，對(duì)45#鋼—灰鑄鐵材料的環(huán)塊摩擦副進(jìn)行120 min 的磨損實(shí)驗(yàn)，在預(yù)定時(shí)間取2 ml 實(shí)驗(yàn)油樣，用鐵量?jī)x測(cè)其鐵磁性磨粒含量，測(cè)完后倒回。

圖1 CFT-Ⅰ型磨損試驗(yàn)機(jī)組件

圖2 摩擦副

表1 磨損實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)

2.1 潤(rùn)滑油含水量對(duì)銷盤摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%、1%的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下，按表1 設(shè)定好實(shí)驗(yàn)工況，通過(guò)磨損試驗(yàn)機(jī)的往復(fù)摩擦組件進(jìn)行銷盤摩擦副的磨損實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)鐵量?jī)x測(cè)量出摩擦副產(chǎn)生的鐵磁性磨粒含量，用以表征摩擦副磨損量，鐵磁性磨粒含量測(cè)量方法為：測(cè)量試驗(yàn)前測(cè)量油樣鐵磁性磨粒含量20 次，算出平均值作為初始的零點(diǎn)值，試驗(yàn)后取油樣3 次，每個(gè)油樣測(cè)量15 次，并算出實(shí)測(cè)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，實(shí)測(cè)平均值和初始平均值之差為鐵磁性磨粒含量，標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，用以表征測(cè)量值誤差。磨損實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 磨損實(shí)驗(yàn)1結(jié)果

2.2 潤(rùn)滑油含水量對(duì)環(huán)塊摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%和1%的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下，如表1 設(shè)定實(shí)驗(yàn)工況，通過(guò)安裝環(huán)塊摩擦組件的磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，根據(jù)預(yù)定的時(shí)間通過(guò)鐵量?jī)x的鐵磁性磨粒含量測(cè)量出摩擦副的磨損量，測(cè)量方法和2.1 一樣，得到摩擦副磨損量隨時(shí)間變化情況，磨損實(shí)驗(yàn)2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 磨損實(shí)驗(yàn)2 結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)表2 和表3 可以畫出磨損實(shí)驗(yàn)中銷環(huán)摩擦副和環(huán)塊摩擦副的磨損量隨潤(rùn)滑油含水量變化圖，如圖3 所示。

表2 和圖3 結(jié)果表明：對(duì)于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的銷盤摩擦副，相比于0%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，0.5%含水量時(shí)的摩擦副磨損總量增加了147.9%，1%含水量時(shí)的摩擦副磨損總量增加了610.9%。對(duì)于作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的環(huán)塊摩擦副，相比于0%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，0.5%含水量時(shí)的摩擦副磨損總量增加了136.9%，1%含水量時(shí)的摩擦副磨損總量增加了214.1%。

在0%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的銷盤摩擦副的磨損總量是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的環(huán)塊摩擦副的磨損總量的192.1%；在0.5%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，銷盤摩擦副的磨損總量是環(huán)塊摩擦副的磨損總量的201.0%；在1%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，銷盤摩擦副的磨損總量是環(huán)塊摩擦副的磨損總量的434.7%。根據(jù)表3 可以畫出環(huán)塊摩擦副在不同含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下磨損量隨時(shí)間變化圖，如圖4 所示。

圖3 鐵磁性磨粒含量隨潤(rùn)滑油含水量變化

圖4 鐵磁性磨粒含量隨時(shí)間變化

表3 和圖4 表明：0%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，30 min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是15 min 的153.2%，（15～30）min 的磨損量?jī)H為前15 min 的53.2%；（30～60）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min的29.4%，（60～120）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的37.6%。0.5%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，（15～30）min 的磨損量為前15 min 的73.5%；（30～60）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min 的31.3%，（60～120）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的67.5%。1%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，（15～30）min 的磨損量為前15 min的53.5%；（30～60）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min 的13.1%，（60～120）min 時(shí)環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的48.1%。

另外，可以看出：在磨損試驗(yàn)2 中，同樣的磨損時(shí)間下，1%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)環(huán)塊摩擦副的磨損量大于0.5%含水量時(shí)的磨損量；0.5%含水量潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)環(huán)塊摩擦副的磨損量大于0%含水量時(shí)的磨損量。

3 結(jié)論

磨損實(shí)驗(yàn)1 中，對(duì)于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的銷盤摩擦副，潤(rùn)滑油0%，0.5%和1%的含水量對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的摩擦副的磨損總量比例為1∶2.48∶7.11。磨損實(shí)驗(yàn)2 中，對(duì)于作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的環(huán)塊摩擦副，0%，0.5%和1%的含水量對(duì)應(yīng)的摩擦副磨損總量比例為1∶2.37∶3.14；在潤(rùn)滑油含水量為0%，0.5%和1%時(shí)，相同的磨損時(shí)間下，潤(rùn)滑油含水量越大，環(huán)塊摩擦副磨損量越大。