高端工業齒輪油技術要求新變化和臺架試驗介紹

石嘯

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文介紹了ISO 6743-6工業齒輪油分類標準在2018年的更新情況；關注了ISO 12925-1—2018工業齒輪油質量標準隨ISO 6743-6更新所新增的L-CKSMP規格的技術要求，并對L-CKSMP規格所涉及的抗微點蝕試驗、FE-8軸承磨損試驗、弗蘭德抗泡試驗和橡膠兼容性試驗等臺架試驗作了詳細介紹。常規理化分析和臺架試驗結果表明，長城AP工業齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術規格要求。長城AP工業齒輪油目前獲得了SIEMENS Flender等高端工業齒輪箱OEM的技術認證。

工業齒輪油在工業生產中不可或缺，冶金、煤炭、水泥、石化和礦業等眾多工業領域的齒輪箱均須使用。性能卓越的工業齒輪油對于生產設備的正常運轉十分重要，有利于降低機器維修成本，減少能源消耗，同時可使整體生產成本得到大幅下降。

隨著現代工業技術的不斷發展，工業齒輪箱體積縮小，重量變輕，同時要求高效、長壽命，導致齒輪和軸承載荷不斷提升，油溫升高。齒輪箱的壽命和運轉效率除了與齒輪箱自身材質和潤滑設計相關外，與工業齒輪油的潤滑保護也密不可分，因此隨著齒輪箱技術的不斷發展，對工業齒輪油的技術要求也越來越高，相關工業齒輪油技術標準也不斷更新[1～9]。本文重點介紹國際上最新推出的L-CKSMP抗微點蝕高端工業齒輪油規格的具體技術要求和相關臺架，以對高端工業齒輪油的研究和市場應用起到積極的促進作用。

工業齒輪油分類標準最新變化

目前行業內通行的工業齒輪油分類標準為ISO 6743-6《潤滑劑、工業潤滑油和有關產品(L類)分類第6部分：C組(齒輪)》。國內齒輪潤滑劑分類標準GB/T 7631.7—1995《潤滑劑和有關產品(L類)的分類 第7部分： C組(齒輪)》即等效采用了ISO 6743-6—1990標準。油品質量標準ISO 12925-1《潤滑劑、工業用油和相關產品(L類).(齒輪)C種.第1部分：閉式齒輪系統用潤滑劑規范》根據ISO 6743-6—2018這一最新版本標準在2018年隨之進行了更新[10]。ISO 6743-6—2018為28年來的首次修訂，與上一版本相比變化很大，具體見表1。

ISO 6743-6—2018相比1990版變化較大，標準新增了L-CKTG、L-CKES、L-CKPG和L-CKPR等4個環境可接受類潤滑劑(Environment Acceptable Lubricant，簡稱EAL)的技術規格；刪除了1990版本中的L-CKS和L-CKT等2個齒輪油規格，衍變并細分為L-CSPG、L-CSPR、L-CTPG和L-CTPR等4個齒輪油規格。

表1 ISO 6743-6工業齒輪油技術規格變化

(續表1)

同時ISO 6743-6—2018標準中新增了L-CKSMP規格，該規格重點突出了抗微點蝕的性能要求，符合SIEMENS Flender等齒輪箱OEM對工業齒輪油抗微點蝕性能的需求，使得國內外主流的抗微點蝕高端工業齒輪油首次有了具體規格。

高端工業齒輪油技術要求

隨著ISO 6743-6齒輪潤滑劑分類標準的更新，ISO（國際標準化組織）于2018年1月也發布了ISO 12925-1—2018《潤滑劑、工業用油和相關產品（L類）.（齒輪）C種.第1部分：閉式齒輪系統用潤滑劑規范》工業閉式齒輪油油品標準，其中對于L-CKSMP規格的具體技術要求見表2。

ISO 12925-1 L-CKSMP規格相比普通工業齒輪油主要是增加了抗微點蝕試驗、FE-8軸承磨損試驗、Flender抗泡試驗和橡膠兼容性試驗臺架。表2中微點蝕試驗方法暫未加入，目前DIN（德國標準化學會)依據慕尼黑齒輪研究所制定的FVA 54 VII方法《工業齒輪油抗微點蝕性能測試方法》起草制定了DIN 3990-16(草案)《齒輪-FZG測試程序-第16部分：潤滑劑抗微點蝕和承載性能的測試-FZG試驗方法 GT-C/8.3/90》，預計在2020年底前將發布 DIN 3990-16標準正式版，屆時L-CKSMP標準中將加入抗微點蝕試驗方法。Flender工業齒輪油規格AS 7300中對油品抗微點蝕性能的技術要求可供參考：承載級別（≥10），耐久試驗（高級），試驗方法為FVA 54 VII。

工業齒輪油臺架試驗介紹

高端L-CKSMP抗微點蝕工業齒輪油除了常規理化、抗氧化和FZG承載等性能測試，還必須進行抗微點蝕試驗、FE-8軸承試驗、弗蘭德抗泡試驗和橡膠兼容性等臺架試驗，以下對相關臺架試驗進行介紹。

抗微點蝕試驗

微點蝕主要是由于齒輪嚙合循環接觸應力和塑性流動而造成少量材料流失，在表面留下微小裂縫和/或凹坑的磨損形式，微點蝕齒輪受損表面呈灰色。目前評價齒輪微點蝕的臺架設備有FZG微點蝕試驗機（圖1）和MPR微點蝕試驗機，由于FZG試驗機的齒輪運動形式既有滾動又有滑動，與實際齒輪的運行狀態最相符，因此通常采用FZG試驗機[11]。目前行業公認且被各大工業齒輪箱OEM（原始設備制造商）廣泛采用的抗微點蝕測試方法是FVA 54 VII。該方法分為2個階段的測試：承載級的測試從5～10 級；耐久性測試包含8級和10級。抗微點蝕工業齒輪油要求承載級≥10級（承載級試驗結束后齒廓平均偏差ffm不超過7.5 μm）；同時耐久級要求為高級（耐久級試驗結束后ffm不超過20 μm）。潤滑油抗微點蝕性能的測定（FZG試驗機法）的主要參數見表3。

表2 L-CKSMP工業閉式齒輪油技術要求（ISO 12925-1—2018）

FE-8軸承磨損試驗

工業齒輪箱的關鍵部件不僅有齒輪，還有軸承，因此所用的工業齒輪油需要對軸承具有良好的潤滑保護作用。FE-8軸承磨損試驗是對軸承磨損性能評價的常用方法，也是國際上用于工業齒輪油性能評價的重要臺架之一。試驗設備見圖2。

FE-8軸承磨損試驗目前國際上通用DIN 51819-3—2016《潤滑劑檢驗 在滾子軸承試驗裝置FE8機械動態測試 第3部分：試驗方法 潤滑油 施加的測試軸承：軸向圓柱滾子軸承》，國內修改采用該方法制定了NB/SH/T 0944.1—2017 《潤滑劑抗磨損性能的測定 FE8滾動軸承磨損試驗機法 第1部分：潤滑油》。FE-8軸承磨損試驗進行潤滑油試驗時，首先在FE-8試驗機上安裝2個試驗軸承，將一定量的試驗油加入潤滑油循環系統中，通過潤滑油循環系統，以0.1 L/min±0.02 L/min的體積流速給每個試驗軸承供油，并在規定條件下（電機轉速7.5 r/min±0.5 r/min、軸向負荷80 kN±3 kN、溫度為80 ℃±1 ℃）進行試驗。試驗過程中，當軸承由于潤滑不良而導致的摩擦扭矩連續超過60 N · m持續10 s以上，或連續運行時間達到80 h時，試驗結束。試驗前后稱量試驗軸承各部件的質量，以磨損質量損失來評價潤滑劑的抗磨損性能。

圖1 FZG微點蝕試驗機

表3 潤滑油抗微點蝕性能的測定（FZG試驗機法，FVA 54VII）

弗蘭德抗泡試驗

工業齒輪油在循環流動和被攪動中，容易產生泡沫，若抗泡性不好，生成的泡沫不能很快消失，會影響齒輪嚙合處油膜的形成，還會因夾帶泡沫使實際油量減少，影響油品極壓抗磨性能和設備散熱。目前多采用常規的GB/T 12579（ASTM D892、DIN 51566E）普通抗泡試驗評定油品泡沫性能，為了更為準確地評價油品在實際運行過程中的泡沫性能，國際上多采用更為苛刻的弗蘭德抗泡試驗（ISO 12152—2012 《潤滑油，工業用油和相關產品.使用正齒輪試驗裝置測定工業齒輪油的起泡沫和空氣揮發性性能.弗蘭德泡沫試驗規程》）。

根據ISO 12152標準，在一個有玻璃觀察窗的密閉齒輪箱中，采用一副齒輪在油樣中旋轉（油溫25 ℃±0.5 ℃、電機轉速1 450 r/min），將空氣混入油中，形成油沫（油-空氣混合物和泡沫），運轉5 min，然后停機1 min、5 min后測量泡沫體積增加的百分比，以此來評價油品的動態抗泡性能。在這種狀況下潤滑油的狀態與機械運轉和吸入的空氣有關，油-氣混合物、表面泡沫和油品劣化等性能能夠很快得到檢測。該試驗與齒輪箱實際運行工況更為契合。Flender泡沫臺架試驗設備見圖3，透視窗見圖4。

橡膠兼容性試驗

橡膠兼容性是反映油品對橡膠件影響的重要指標。作為系統密封材料的橡膠在齒輪箱中要與工業齒輪油接觸，若工業齒輪油與密封橡膠的適應性不好，就會造成橡膠的過度膨脹或收縮，并加速橡膠的老化，造成泄漏，污染環境，并有可能帶來安全隱患，影響設備的正常運行。

圖2 FE-8軸承磨損試驗臺架

圖3 Flender泡沫試驗臺架

圖4 Flender泡沫臺架透視窗

根據相關研究成果[12]，工業齒輪箱橡膠密封材料發生異常泄漏的主要原因包括，密封圈本身的性能、裝配過程、潤滑劑、設備操作條件、密封環境和軸表面情況等。密封材料泄漏影響因素見圖5（圖中，紅色為短期影響因素占比，綠色為長期影響因素占比）。，

由圖5可見，潤滑劑的選擇對于密封材料發生長期泄漏的因素比重為40%，影響較大。因此，需要重點關注工業齒輪油與橡膠的兼容性，一般采用ISO 1817—2015《硫化橡膠 耐液體測定方法》方法進行評價。

根據ISO 1817要求，將指定橡膠材料與試驗油品放入容器中在一定溫度下浸泡一定時間（例如NBR/SRE 28SX，168 h，100 ℃，即SRE 28SX型丁腈橡膠在100 ℃條件下進行168 h實驗），之后取出測試橡膠硬度、體積和強度等方面性能的變化，見圖6。

長城AP工業齒輪油性能評價

工業齒輪油黏度級別眾多，本文以工業齒輪箱較為常用的ISO VG220工業齒輪油（長城AP 220）為例，依據L-CKSMP技術要求對AP 220進行常規理化分析和相關臺架性能評價。長城AP 220的常規性能分析結果見表4。

由表4可見，長城AP 220具有優良的防銹、抗泡、破乳化、抗氧和FZG承載等性能，完全可以滿足ISO 12925-1-2018 L-CKSMP VG220油品常規性能指標要求。

抗微點蝕測試

長城AP 220采用FVA 54 VII試驗方法在德國波鴻魯爾大學（Ruhr University Bochum）進行了FZG抗微點蝕試驗，測試結果見表5。長城AP 220工業齒輪油齒廓偏差見圖7，微點蝕試驗后齒輪照片見圖8。

從圖7、圖8可以看出，長城AP 220齒廓平均偏差在承載測試階段和耐久測試階段均可滿足指標要求，且試驗后齒輪無明顯微點蝕，油品抗微點蝕性能較好，可以減少齒輪設備微點蝕概率。

FE-8 軸承磨損測試

采用DIN 51819-3方法對長城AP 220進行FE-8軸承磨損性能測試，結果見表6。長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗測試數據見圖9。

從FE-8軸承磨損試驗臺架測試結果來看，長城AP 220對軸承保護效果很好，軸承的磨損量很低，滿足指標要求，可以很好地保護齒輪箱軸承部件處于良好的工作狀態。

弗蘭德泡沫測試

采用ISO 12152弗蘭德泡沫試驗對長城AP 220進行抗泡性能測試，結果見表7。

從表7可以看出，長城AP 220工業齒輪油在弗蘭德泡沫試驗中，對于不同條件下，泡沫體積變化均較小。這說明油品的抗泡性能較好，在實際運行過程中，既可降低泡沫產生造成的齒輪表面潤滑不充分的風險，同時也可減少因泡沫累積過多，造成油品溢出的“漏油”問題。

圖5 密封材料泄漏影響因素

圖6 密封材料兼容性試驗

表4 長城AP 220常規性能分析

橡膠相容性測試

依據ISO 1817試驗方法，采用NBR/SRE 28SX橡膠與長城AP 220在100 ℃下進行168 h橡膠兼容性試驗，測試結果見表8。

從表8可以看出，長城AP 220與密封材料的兼容性符合ISO 12925-1—2018參考技術指標要求，可以減少齒輪箱因漏油造成維修、停機和環境污染等問題。

結論

☆ISO 6743-6工業齒輪油分類標準在其2018版本中新增了環境可接受齒輪油技術規格，L-CKS和L-CKT齒輪油規格發生了衍化，同時新增了L-CKSMP高端抗微點蝕工業齒輪油規格。

☆ISO 12925-1—2018工業閉式齒輪油標準根據ISO 6743-6—2018制定了L-CKSMP工業閉式齒輪油的技術要求，使得目前市場上在用的高端抗微點蝕工業齒輪油首次有了具體規格和技術要求，對于規范市場和產品研究具有重要意義。

☆長城AP工業齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術規格的技術要求，在抗微點蝕、軸承保護、抗泡和橡膠適應性等方面性能優異，已獲得了SIEMENS Flender、HANSEN和Eickhoff等頂端工業齒輪箱OEM技術認證，為國際高端工業齒輪油。

表5 長城AP 220抗微點蝕性能評價結果

圖7 長城AP 220工業齒輪油齒廓偏差

圖8 長城AP 220 微點蝕試驗后齒輪照片

表6 長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗結果

圖9 長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗測試數據

表7 長城AP 220 弗蘭德泡沫試驗結果

表8 長城AP 220橡膠兼容性試驗結果