润滑油含水量对45#钢——灰铸铁摩擦副磨损的影响研究

左 谦，田洪祥，孙云岭

（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033）

0 引言

以润滑油为主要构成的润滑系统是现代设备正常使用和发挥效能的重要保障[1]。而水分会通过水蒸气凝结、冷却泄漏等途径不可避免地进入润滑油中，在润滑油中积累的水分会对设备的正常运行造成严重的影响[2]。

润滑油水分对设备的具体影响的实验研究起源于国外。Lancaster J K[3]、Parsaeian P[4]和Cen H[5]等的研究结果表明水分会对设备摩擦副磨损有促进作用。另一方面，Echin A I[6]的研究表明水分的影响是复杂的，轻载时，1%以下含水量不会改变酯基合成油润滑特性，也不会造成设备磨损的增加；但是0.5%含水量且在重载下进行磨损试验会轻微增加磨损。总之，润滑油含水量对设备摩擦副磨损的影响会因摩擦副材料、摩擦副种类和实验工况等因素的改变而改变。为了研究润滑油含水量对摩擦副磨损的影响，基于具有往复运动组件和旋转运动组件的磨损实验平台，配制了含水量为0%，0.5%、1%的润滑油，用45#钢制造圆盘和圆环试件，用灰铸铁制造销和长方体块试件，进行销盘摩擦副和环块摩擦副的磨损实验。

1 实验设备和工况

1.1 实验设备

实验主要设备为CFT-Ⅰ型磨损试验机，其组件如图1 所示。往复摩擦组件装配的零件为销盘摩擦副（图2a），销材料为灰铸铁，圆盘材料为45#钢；旋转摩擦组件装配的为环块摩擦副（图2b），长方体块材料为灰铸铁，圆环材料为45#钢，如图2 所示。

1.2 实验工况

实验在室温下进行，环境温度为15±3 ℃。润滑油牌号为CD15W-40 柴油机润滑油。实验工况参数见表1。

2 实验结果和数据分析

磨损实验主要分为磨损实验1 和磨损实验2 两个部分，磨损实验1 按表1 设定好实验工况，在0%，0.5%、1%含水量的润滑油润滑条件下，对45#钢—灰铸铁材料的销环摩擦副进行15 min的磨损实验，实验结束后用铁量仪测量实验油样铁磁性磨粒含量。磨损实验2 在0%、0.5%、1%含水量的润滑油润滑条件下，按表1 设定好实验工况，对45#钢—灰铸铁材料的环块摩擦副进行120 min 的磨损实验，在预定时间取2 ml 实验油样，用铁量仪测其铁磁性磨粒含量，测完后倒回。

图1 CFT-Ⅰ型磨损试验机组件

图2 摩擦副

表1 磨损实验工况参数

2.1 润滑油含水量对销盘摩擦副磨损量的影响研究

在含水量为0%，0.5%、1%的润滑油润滑下，按表1 设定好实验工况，通过磨损试验机的往复摩擦组件进行销盘摩擦副的磨损实验，实验结束后通过铁量仪测量出摩擦副产生的铁磁性磨粒含量，用以表征摩擦副磨损量，铁磁性磨粒含量测量方法为：测量试验前测量油样铁磁性磨粒含量20 次，算出平均值作为初始的零点值，试验后取油样3 次，每个油样测量15 次，并算出实测平均值和标准差，实测平均值和初始平均值之差为铁磁性磨粒含量，标准差除以平均值得到相对标准差，用以表征测量值误差。磨损实验1 实验结果如表2 所示。

表2 磨损实验1结果

2.2 润滑油含水量对环块摩擦副磨损量的影响研究

在含水量为0%，0.5%和1%的润滑油润滑下，如表1 设定实验工况，通过安装环块摩擦组件的磨损试验机进行磨损实验，根据预定的时间通过铁量仪的铁磁性磨粒含量测量出摩擦副的磨损量，测量方法和2.1 一样，得到摩擦副磨损量随时间变化情况，磨损实验2 实验结果如表3 所示。

表3 磨损实验2 结果

2.3 结果分析

根据表2 和表3 可以画出磨损实验中销环摩擦副和环块摩擦副的磨损量随润滑油含水量变化图，如图3 所示。

表2 和图3 结果表明：对于作往复运动的销盘摩擦副，相比于0%含水量润滑油润滑，0.5%含水量时的摩擦副磨损总量增加了147.9%，1%含水量时的摩擦副磨损总量增加了610.9%。对于作旋转运动的环块摩擦副，相比于0%含水量润滑油润滑时，0.5%含水量时的摩擦副磨损总量增加了136.9%，1%含水量时的摩擦副磨损总量增加了214.1%。

在0%含水量润滑油润滑时，作往复运动的销盘摩擦副的磨损总量是作旋转运动的环块摩擦副的磨损总量的192.1%；在0.5%含水量润滑油润滑时，销盘摩擦副的磨损总量是环块摩擦副的磨损总量的201.0%；在1%含水量润滑油润滑时，销盘摩擦副的磨损总量是环块摩擦副的磨损总量的434.7%。根据表3 可以画出环块摩擦副在不同含水量润滑油润滑下磨损量随时间变化图，如图4 所示。

图3 铁磁性磨粒含量随润滑油含水量变化

图4 铁磁性磨粒含量随时间变化

表3 和图4 表明：0%含水量润滑油润滑时，30 min 时环块摩擦副磨损量是15 min 的153.2%，（15～30）min 的磨损量仅为前15 min 的53.2%；（30～60）min 时环块摩擦副磨损量是前30 min的29.4%，（60～120）min 时环块摩擦副磨损量是前60 min 的37.6%。0.5%含水量润滑油润滑时，（15～30）min 的磨损量为前15 min 的73.5%；（30～60）min 时环块摩擦副磨损量是前30 min 的31.3%，（60～120）min 时环块摩擦副磨损量是前60 min 的67.5%。1%含水量润滑油润滑时，（15～30）min 的磨损量为前15 min的53.5%；（30～60）min 时环块摩擦副磨损量是前30 min 的13.1%，（60～120）min 时环块摩擦副磨损量是前60 min 的48.1%。

另外，可以看出：在磨损试验2 中，同样的磨损时间下，1%含水量润滑油润滑时环块摩擦副的磨损量大于0.5%含水量时的磨损量；0.5%含水量润滑油润滑时环块摩擦副的磨损量大于0%含水量时的磨损量。

3 结论

磨损实验1 中，对于作往复运动的销盘摩擦副，润滑油0%，0.5%和1%的含水量对应产生的摩擦副的磨损总量比例为1∶2.48∶7.11。磨损实验2 中，对于作旋转运动的环块摩擦副，0%，0.5%和1%的含水量对应的摩擦副磨损总量比例为1∶2.37∶3.14；在润滑油含水量为0%，0.5%和1%时，相同的磨损时间下，润滑油含水量越大，环块摩擦副磨损量越大。