Коэффициент трения смазки: сравнение покрытий и пластичных смазок типа ЦИАТИМ

Коэффициент трения смазки нельзя оценивать отдельно от пары материалов и режима работы. Для стальной пары справочные значения без смазки составляют около 0,15 для полированных поверхностей и могут достигать 0,42 в других условиях. При смазке ориентиры меняются: для разных режимов и материалов приводят диапазон от 0,03 до 0,12. Поэтому сравнивать твердосмазочное покрытие и пластичную смазку типа ЦИАТИМ корректно только при одинаковых условиях испытания.

Статья поможет инженерам, техническим специалистам и снабженцам разобраться, как читать эти значения и выбирать способ снижения трения. Рассмотрим различия между покрытием и пластичной смазкой, назначение отдельных марок ЦИАТИМ и особенности смазки трубопроводной арматуры. Отдельно разберем, почему класс NLGI не заменяет данные о коэффициенте трения.

От чего зависит коэффициент трения смазки

Коэффициент трения обозначает отношение силы трения к силе, прижимающей поверхности друг к другу. 

Для практического подбора важно не только значение μ, но и условия, при которых его получили. Нагрузка, шероховатость, температура, скорость движения и режим смазки влияют на результат. Если эти параметры различаются, численные значения нельзя напрямую считать характеристиками конкретной смазки или покрытия.

Справочные данные для пары сталь по стали без смазки различаются: для полированных поверхностей указывают около 0,15, а в таблицах для сухой пары сталь-сталь встречается значение около 0,42. Это не противоречие, которое можно устранить выбором одной «правильной» цифры: значения относятся к разным условиям и справочным таблицам. Для инженерного сравнения нужно фиксировать состояние поверхностей и методику испытания.

Для пары сталь по стали со смазкой в справочниках приводят диапазоны 0,09-0,12 и 0,1-0,2, а в других материалах встречаются значения 0,05-0,08 для минерального масла и 0,03-0,06 для синтетического. Эти цифры относятся к разным смазочным материалам и условиям, а не к любому составу автоматически. Для твердосмазочных материалов также встречается ориентир 0,1-0,2 для стальной пары.

Режим смазки меняет результат

При граничном режиме для сталь-сталь приводят диапазон 0,1-0,2, при смешанном - 0,03-0,1, а при гидродинамическом - 0,001-0,01. Эти значения показывают, почему выражение «коэффициент трения со смазкой» не обозначает одну постоянную величину. В частности, низкие справочные значения для гидродинамического режима нельзя переносить на узел, где поверхности работают в граничном режиме.

Чтобы сравнить коэффициент трения без смазки и со смазкой, следует сопоставлять результаты для одной пары материалов и одинаковых условий испытания. Иначе сравниваются не только смазочные материалы, но и разные поверхности, нагрузки или режимы. Для технической документации полезно фиксировать методику и параметры испытания вместе с полученным μ.

Трение твердосмазочного покрытия и пластичной смазки

Твердосмазочное покрытие формирует антифрикционный слой на поверхности, а пластичная смазка представляет собой подвижную смазочную среду. 

Из-за этого механизмы работы у них различаются. Покрытие и пластичную смазку нельзя корректно ранжировать только по справочным значениям: для сравнения нужны одинаковые материалы пары, сопоставимая подготовка поверхностей и единая методика.

Для стальной пары в справочных материалах приводят диапазон 0,1-0,2 как для твердых смазок, так и для граничного режима смазки. При смешанном режиме для сталь-сталь указывают 0,03-0,1, а при гидродинамическом - 0,001-0,01. Эти диапазоны описывают разные условия контакта, поэтому они не доказывают, что один тип материала всегда снижает трение эффективнее другого.

Для трубопроводной арматуры сравнение включает не только трение, но и способ нанесения материала, конструкцию узла и условия его работы. В арматуре применяют как твердосмазочные покрытия, так и пластичные смазки, в том числе линейку EFELE. Значение коэффициента трения нужно брать для конкретного продукта и методики, а не выводить из того, что материал относится к покрытию или пластичной смазке.

Если цель испытания - минимизировать трение, важно учитывать режим контакта. Справочные диапазоны для смешанного и гидродинамического режимов ниже, чем для граничного, однако это не гарантирует такой режим в реальном узле. Поэтому результаты испытания покрытия и смазки следует трактовать вместе с описанием условий, а не как универсальный рейтинг материалов.

Коэффициент трения сталь по стали без смазки и со смазкой

Для сухой пары сталь по стали в справочных таблицах указаны разные ориентиры. 

Значение около 0,15 приводится для полированных поверхностей, а около 0,42 - для сухой пары сталь-сталь в другой таблице. При отсутствии сведений о состоянии поверхности, нагрузке и методике эти числа нельзя использовать как точный прогноз для конкретного механизма.

Для смазанной пары сталь по стали источники приводят несколько диапазонов. В таблицах встречаются 0,09-0,12 и 0,1-0,2, а для отдельных типов масел указаны 0,05-0,08 и 0,03-0,06. Разница связана с типом смазочного материала и режимом контакта. Эти цифры не позволяют автоматически определить коэффициент трения пластичной смазки типа ЦИАТИМ.

В справочных данных для сталь-сталь также указывают 0,1-0,2 при граничной смазке, 0,03-0,1 при смешанной и 0,001-0,01 при гидродинамической. Следовательно, ответ на вопрос, насколько снизится трение после нанесения смазки, зависит от того, какой режим установится в узле. Если смазочный материал не формирует условия смешанного или гидродинамического контакта, соответствующие низкие значения нельзя применять к расчету.

Как корректно сопоставить результаты

Перед сравнением стоит проверить, совпадают ли следующие параметры:

• Материалы контактирующих поверхностей.

• Состояние и шероховатость поверхностей.

• Нагрузка, температура и скорость движения.

• Режим смазки и методика измерения.

При отсутствии этих сведений коэффициент трения служит только ориентиром для предварительной оценки. Для ответственного выбора нужно сверяться с данными испытаний, относящимися к конкретному материалу и условиям применения. Это особенно важно, когда сравнивают коэффициент трения без смазки и со смазкой по таблицам из разных источников.

ЦИАТИМ: назначение важнее одной цифры μ

Марки ЦИАТИМ различаются назначением, температурными пределами и консистенцией. 

Поэтому выбирать их только по общему названию или ожиданию низкого коэффициента трения некорректно. ГОСТы задают область применения отдельных смазок, а справочные таблицы коэффициентов трения не заменяют эти требования.

ЦИАТИМ-201 по ГОСТ 6267-2021 предназначен для малонагруженных узлов трения качения и скольжения. Его рабочий диапазон составляет от минус 60 °C до плюс 90 °C. Это морозостойкая смазка, но указанный температурный диапазон не означает, что она подходит для любого узла или любой нагрузки.

ЦИАТИМ-205 по ГОСТ 8551-74 используют для герметизации и предотвращения спекания неподвижных резьбовых соединений и уплотнений. Рабочий диапазон для этих назначений составляет от минус 60 °C до плюс 50 °C; для подвижных резьбовых соединений минимальная температура применения - минус 20 °C. Поэтому ЦИАТИМ-205 нельзя оценивать как универсальную смазку для подвижных пар только по морозостойкости.

Для ЦИАТИМ-203 в карточках поставщиков указывают соответствие ГОСТ 8773-73 и класс консистенции NLGI 2. Для ЦИАТИМ-221 встречаются указания на ГОСТ 9433-80 и NLGI 1/2. NLGI описывает консистенцию пластичной смазки, а не ее коэффициент трения. Эти обозначения помогают при подборе, но не отвечают на вопрос, какое значение μ будет в конкретной паре материалов.

При выборе смазки трубопроводной арматуры важно определить функцию материала в узле, условия контакта и температурный диапазон. Если требуется герметизация неподвижного соединения, учитывают назначение ЦИАТИМ-205. Для малонагруженного узла качения или скольжения рассматривают ЦИАТИМ-201 в пределах области применения, заданной ГОСТ 6267-2021. Для остальных задач нужно отдельно подтверждать пригодность материала.

Как выбрать материал для узла трения

Сначала определяют, какую задачу должен решать материал: снижать трение в подвижной паре, работать как антифрикционный слой на поверхности или герметизировать соединение. 

Затем уточняют материалы контакта, нагрузку, температуру, скорость и состояние поверхностей. Без этих данных сравнение коэффициента трения покрытия и пластичной смазки будет неполным.

Следующий шаг - проверить, соответствует ли назначение смазки конструкции узла. ГОСТ 6267-2021 относит ЦИАТИМ-201 к малонагруженным узлам качения и скольжения, а ГОСТ 8551-74 описывает применение ЦИАТИМ-205 для неподвижных резьбовых соединений и уплотнений. Их диапазоны также различаются: от минус 60 °C до плюс 90 °C для ЦИАТИМ-201 и от минус 60 °C до плюс 50 °C для ЦИАТИМ-205 в указанном назначении.

После проверки назначения сравнивают значения трения только по сопоставимым испытаниям. Для сухой пары сталь-сталь справочные ориентиры составляют около 0,15 для полированных поверхностей и около 0,42 в другой таблице. Для смазанной пары встречаются диапазоны от 0,03 до 0,12, но они зависят от режима и типа материала. Подменять этими числами испытания конкретного покрытия или пластичной смазки не следует.

Для снабженца и инженера практичная последовательность выглядит так:

• Определить функцию материала и тип узла.

• Сверить температурный диапазон и назначение по стандарту или документации на материал.

• Уточнить NLGI-класс, если выбирают пластичную смазку, помня, что он не определяет коэффициент трения.

• Запросить или проверить результаты испытаний для нужной пары материалов и режима работы.

• Сопоставить данные только при одинаковой методике измерения.

Такой порядок помогает отделить свойства материала от условий испытания. Он также предотвращает ситуацию, когда более низкое справочное значение принимают за доказательство пригодности покрытия или смазки для любого узла. При выборе материала для арматуры или другого механизма решающими остаются назначение, рабочая среда и подтвержденные характеристики конкретного решения.

Часто задаваемые вопросы

Какой коэффициент трения у сталь по стали без смазки?

Единого значения нет. Для полированных стальных поверхностей в справочных таблицах приводят около 0,15, а для сухой пары сталь-сталь в другой таблице встречается значение около 0,42. Разница связана с условиями контакта и данными справочников, поэтому для расчета конкретного узла нужен сопоставимый источник или испытание.

Насколько снижается коэффициент трения сталь по стали со смазкой?

В справочниках встречаются значения от 0,03 до 0,12 для разных смазочных материалов и режимов. Для граничной смазки сталь-сталь приводят 0,1-0,2, для смешанной - 0,03-0,1, для гидродинамической - 0,001-0,01. Эти диапазоны нельзя переносить на конкретный узел без проверки режима работы.

Можно ли напрямую сравнить ЦИАТИМ и твердосмазочное покрытие?

Нет, если испытания проводили при разных условиях. Покрытие формирует антифрикционный слой на поверхности, а пластичная смазка работает как подвижная среда. Для корректного сравнения нужны одинаковые материалы пары, состояние поверхностей, нагрузка, температура, скорость и методика измерения коэффициента трения.

Показывает ли класс NLGI коэффициент трения смазки?

Нет. NLGI характеризует консистенцию пластичной смазки, а не коэффициент трения. Например, для ЦИАТИМ-203 в карточках поставщиков встречается NLGI 2, а для ЦИАТИМ-221 - NLGI 1/2. Эти обозначения полезны при подборе консистенции, но не заменяют результаты испытаний на трение.

Заключение

Коэффициент трения смазки зависит от пары материалов и режима контакта, поэтому одно справочное значение не позволяет сравнить пластичную смазку типа ЦИАТИМ и твердосмазочное покрытие для любой задачи. Для сталь-сталь без смазки встречаются ориентиры около 0,15 и 0,42, а для смазанной пары - диапазоны от 0,03 до 0,12 и другие значения для отдельных режимов. Их можно сопоставлять только при одинаковых условиях испытания.

Следующий шаг - описать узел, его материалы, нагрузку, температуру и режим движения, а затем сверить назначение смазки или покрытия и запросить данные испытаний для сопоставимых условий. Для ЦИАТИМ отдельно проверьте требования соответствующего ГОСТа: ГОСТ 6267-2021 для ЦИАТИМ-201 и ГОСТ 8551-74 для ЦИАТИМ-205.