潤滑油含水量對45#鋼
——灰鑄鐵摩擦副磨損的影響研究

左 謙，田洪祥，孫云嶺

（海軍工程大學動力工程學院，湖北武漢 430033）

0 引言

以潤滑油為主要構成的潤滑系統是現代設備正常使用和發揮效能的重要保障[1]。而水分會通過水蒸氣凝結、冷卻泄漏等途徑不可避免地進入潤滑油中，在潤滑油中積累的水分會對設備的正常運行造成嚴重的影響[2]。

潤滑油水分對設備的具體影響的實驗研究起源于國外。Lancaster J K[3]、Parsaeian P[4]和Cen H[5]等的研究結果表明水分會對設備摩擦副磨損有促進作用。另一方面，Echin A I[6]的研究表明水分的影響是復雜的，輕載時，1%以下含水量不會改變酯基合成油潤滑特性，也不會造成設備磨損的增加；但是0.5%含水量且在重載下進行磨損試驗會輕微增加磨損。總之，潤滑油含水量對設備摩擦副磨損的影響會因摩擦副材料、摩擦副種類和實驗工況等因素的改變而改變。為了研究潤滑油含水量對摩擦副磨損的影響，基于具有往復運動組件和旋轉運動組件的磨損實驗平臺，配制了含水量為0%，0.5%、1%的潤滑油，用45#鋼制造圓盤和圓環試件，用灰鑄鐵制造銷和長方體塊試件，進行銷盤摩擦副和環塊摩擦副的磨損實驗。

1 實驗設備和工況

1.1 實驗設備

實驗主要設備為CFT-Ⅰ型磨損試驗機，其組件如圖1 所示。往復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；旋轉摩擦組件裝配的為環塊摩擦副（圖2b），長方體塊材料為灰鑄鐵，圓環材料為45#鋼，如圖2 所示。

1.2 實驗工況

實驗在室溫下進行，環境溫度為15±3 ℃。潤滑油牌號為CD15W-40 柴油機潤滑油。實驗工況參數見表1。

2 實驗結果和數據分析

磨損實驗主要分為磨損實驗1 和磨損實驗2 兩個部分，磨損實驗1 按表1 設定好實驗工況，在0%，0.5%、1%含水量的潤滑油潤滑條件下，對45#鋼—灰鑄鐵材料的銷環摩擦副進行15 min的磨損實驗，實驗結束后用鐵量儀測量實驗油樣鐵磁性磨粒含量。磨損實驗2 在0%、0.5%、1%含水量的潤滑油潤滑條件下，按表1 設定好實驗工況，對45#鋼—灰鑄鐵材料的環塊摩擦副進行120 min 的磨損實驗，在預定時間取2 ml 實驗油樣，用鐵量儀測其鐵磁性磨粒含量，測完后倒回。

圖1 CFT-Ⅰ型磨損試驗機組件

圖2 摩擦副

表1 磨損實驗工況參數

2.1 潤滑油含水量對銷盤摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%、1%的潤滑油潤滑下，按表1 設定好實驗工況，通過磨損試驗機的往復摩擦組件進行銷盤摩擦副的磨損實驗，實驗結束后通過鐵量儀測量出摩擦副產生的鐵磁性磨粒含量，用以表征摩擦副磨損量，鐵磁性磨粒含量測量方法為：測量試驗前測量油樣鐵磁性磨粒含量20 次，算出平均值作為初始的零點值，試驗后取油樣3 次，每個油樣測量15 次，并算出實測平均值和標準差，實測平均值和初始平均值之差為鐵磁性磨粒含量，標準差除以平均值得到相對標準差，用以表征測量值誤差。磨損實驗1 實驗結果如表2 所示。

表2 磨損實驗1結果

2.2 潤滑油含水量對環塊摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%和1%的潤滑油潤滑下，如表1 設定實驗工況，通過安裝環塊摩擦組件的磨損試驗機進行磨損實驗，根據預定的時間通過鐵量儀的鐵磁性磨粒含量測量出摩擦副的磨損量，測量方法和2.1 一樣，得到摩擦副磨損量隨時間變化情況，磨損實驗2 實驗結果如表3 所示。

表3 磨損實驗2 結果

2.3 結果分析

根據表2 和表3 可以畫出磨損實驗中銷環摩擦副和環塊摩擦副的磨損量隨潤滑油含水量變化圖，如圖3 所示。

表2 和圖3 結果表明：對于作往復運動的銷盤摩擦副，相比于0%含水量潤滑油潤滑，0.5%含水量時的摩擦副磨損總量增加了147.9%，1%含水量時的摩擦副磨損總量增加了610.9%。對于作旋轉運動的環塊摩擦副，相比于0%含水量潤滑油潤滑時，0.5%含水量時的摩擦副磨損總量增加了136.9%，1%含水量時的摩擦副磨損總量增加了214.1%。

在0%含水量潤滑油潤滑時，作往復運動的銷盤摩擦副的磨損總量是作旋轉運動的環塊摩擦副的磨損總量的192.1%；在0.5%含水量潤滑油潤滑時，銷盤摩擦副的磨損總量是環塊摩擦副的磨損總量的201.0%；在1%含水量潤滑油潤滑時，銷盤摩擦副的磨損總量是環塊摩擦副的磨損總量的434.7%。根據表3 可以畫出環塊摩擦副在不同含水量潤滑油潤滑下磨損量隨時間變化圖，如圖4 所示。

圖3 鐵磁性磨粒含量隨潤滑油含水量變化

圖4 鐵磁性磨粒含量隨時間變化

表3 和圖4 表明：0%含水量潤滑油潤滑時，30 min 時環塊摩擦副磨損量是15 min 的153.2%，（15～30）min 的磨損量僅為前15 min 的53.2%；（30～60）min 時環塊摩擦副磨損量是前30 min的29.4%，（60～120）min 時環塊摩擦副磨損量是前60 min 的37.6%。0.5%含水量潤滑油潤滑時，（15～30）min 的磨損量為前15 min 的73.5%；（30～60）min 時環塊摩擦副磨損量是前30 min 的31.3%，（60～120）min 時環塊摩擦副磨損量是前60 min 的67.5%。1%含水量潤滑油潤滑時，（15～30）min 的磨損量為前15 min的53.5%；（30～60）min 時環塊摩擦副磨損量是前30 min 的13.1%，（60～120）min 時環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2 中，同樣的磨損時間下，1%含水量潤滑油潤滑時環塊摩擦副的磨損量大于0.5%含水量時的磨損量；0.5%含水量潤滑油潤滑時環塊摩擦副的磨損量大于0%含水量時的磨損量。

3 結論

磨損實驗1 中，對于作往復運動的銷盤摩擦副，潤滑油0%，0.5%和1%的含水量對應產生的摩擦副的磨損總量比例為1∶2.48∶7.11。磨損實驗2 中，對于作旋轉運動的環塊摩擦副，0%，0.5%和1%的含水量對應的摩擦副磨損總量比例為1∶2.37∶3.14；在潤滑油含水量為0%，0.5%和1%時，相同的磨損時間下，潤滑油含水量越大，環塊摩擦副磨損量越大。