高端工业齿轮油技术要求新变化和台架试验介绍

石啸

中国石化润滑油有限公司北京研究院

本文介绍了ISO 6743-6工业齿轮油分类标准在2018年的更新情况；关注了ISO 12925-1—2018工业齿轮油质量标准随ISO 6743-6更新所新增的L-CKSMP规格的技术要求，并对L-CKSMP规格所涉及的抗微点蚀试验、FE-8轴承磨损试验、弗兰德抗泡试验和橡胶兼容性试验等台架试验作了详细介绍。常规理化分析和台架试验结果表明，长城AP工业齿轮油可以满足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技术规格要求。长城AP工业齿轮油目前获得了SIEMENS Flender等高端工业齿轮箱OEM的技术认证。

工业齿轮油在工业生产中不可或缺，冶金、煤炭、水泥、石化和矿业等众多工业领域的齿轮箱均须使用。性能卓越的工业齿轮油对于生产设备的正常运转十分重要，有利于降低机器维修成本，减少能源消耗，同时可使整体生产成本得到大幅下降。

随着现代工业技术的不断发展，工业齿轮箱体积缩小，重量变轻，同时要求高效、长寿命，导致齿轮和轴承载荷不断提升，油温升高。齿轮箱的寿命和运转效率除了与齿轮箱自身材质和润滑设计相关外，与工业齿轮油的润滑保护也密不可分，因此随着齿轮箱技术的不断发展，对工业齿轮油的技术要求也越来越高，相关工业齿轮油技术标准也不断更新[1～9]。本文重点介绍国际上最新推出的L-CKSMP抗微点蚀高端工业齿轮油规格的具体技术要求和相关台架，以对高端工业齿轮油的研究和市场应用起到积极的促进作用。

工业齿轮油分类标准最新变化

目前行业内通行的工业齿轮油分类标准为ISO 6743-6《润滑剂、工业润滑油和有关产品(L类)分类第6部分：C组(齿轮)》。国内齿轮润滑剂分类标准GB/T 7631.7—1995《润滑剂和有关产品(L类)的分类 第7部分： C组(齿轮)》即等效采用了ISO 6743-6—1990标准。油品质量标准ISO 12925-1《润滑剂、工业用油和相关产品(L类).(齿轮)C种.第1部分：闭式齿轮系统用润滑剂规范》根据ISO 6743-6—2018这一最新版本标准在2018年随之进行了更新[10]。ISO 6743-6—2018为28年来的首次修订，与上一版本相比变化很大，具体见表1。

ISO 6743-6—2018相比1990版变化较大，标准新增了L-CKTG、L-CKES、L-CKPG和L-CKPR等4个环境可接受类润滑剂(Environment Acceptable Lubricant，简称EAL)的技术规格；删除了1990版本中的L-CKS和L-CKT等2个齿轮油规格，衍变并细分为L-CSPG、L-CSPR、L-CTPG和L-CTPR等4个齿轮油规格。

表1 ISO 6743-6工业齿轮油技术规格变化

(续表1)

同时ISO 6743-6—2018标准中新增了L-CKSMP规格，该规格重点突出了抗微点蚀的性能要求，符合SIEMENS Flender等齿轮箱OEM对工业齿轮油抗微点蚀性能的需求，使得国内外主流的抗微点蚀高端工业齿轮油首次有了具体规格。

高端工业齿轮油技术要求

随着ISO 6743-6齿轮润滑剂分类标准的更新，ISO（国际标准化组织）于2018年1月也发布了ISO 12925-1—2018《润滑剂、工业用油和相关产品（L类）.（齿轮）C种.第1部分：闭式齿轮系统用润滑剂规范》工业闭式齿轮油油品标准，其中对于L-CKSMP规格的具体技术要求见表2。

ISO 12925-1 L-CKSMP规格相比普通工业齿轮油主要是增加了抗微点蚀试验、FE-8轴承磨损试验、Flender抗泡试验和橡胶兼容性试验台架。表2中微点蚀试验方法暂未加入，目前DIN（德国标准化学会)依据慕尼黑齿轮研究所制定的FVA 54 VII方法《工业齿轮油抗微点蚀性能测试方法》起草制定了DIN 3990-16(草案)《齿轮-FZG测试程序-第16部分：润滑剂抗微点蚀和承载性能的测试-FZG试验方法 GT-C/8.3/90》，预计在2020年底前将发布 DIN 3990-16标准正式版，届时L-CKSMP标准中将加入抗微点蚀试验方法。Flender工业齿轮油规格AS 7300中对油品抗微点蚀性能的技术要求可供参考：承载级别（≥10），耐久试验（高级），试验方法为FVA 54 VII。

工业齿轮油台架试验介绍

高端L-CKSMP抗微点蚀工业齿轮油除了常规理化、抗氧化和FZG承载等性能测试，还必须进行抗微点蚀试验、FE-8轴承试验、弗兰德抗泡试验和橡胶兼容性等台架试验，以下对相关台架试验进行介绍。

抗微点蚀试验

微点蚀主要是由于齿轮啮合循环接触应力和塑性流动而造成少量材料流失，在表面留下微小裂缝和/或凹坑的磨损形式，微点蚀齿轮受损表面呈灰色。目前评价齿轮微点蚀的台架设备有FZG微点蚀试验机（图1）和MPR微点蚀试验机，由于FZG试验机的齿轮运动形式既有滚动又有滑动，与实际齿轮的运行状态最相符，因此通常采用FZG试验机[11]。目前行业公认且被各大工业齿轮箱OEM（原始设备制造商）广泛采用的抗微点蚀测试方法是FVA 54 VII。该方法分为2个阶段的测试：承载级的测试从5～10 级；耐久性测试包含8级和10级。抗微点蚀工业齿轮油要求承载级≥10级（承载级试验结束后齿廓平均偏差ffm不超过7.5 μm）；同时耐久级要求为高级（耐久级试验结束后ffm不超过20 μm）。润滑油抗微点蚀性能的测定（FZG试验机法）的主要参数见表3。

表2 L-CKSMP工业闭式齿轮油技术要求（ISO 12925-1—2018）

FE-8轴承磨损试验

工业齿轮箱的关键部件不仅有齿轮，还有轴承，因此所用的工业齿轮油需要对轴承具有良好的润滑保护作用。FE-8轴承磨损试验是对轴承磨损性能评价的常用方法，也是国际上用于工业齿轮油性能评价的重要台架之一。试验设备见图2。

FE-8轴承磨损试验目前国际上通用DIN 51819-3—2016《润滑剂检验 在滚子轴承试验装置FE8机械动态测试 第3部分：试验方法 润滑油 施加的测试轴承：轴向圆柱滚子轴承》，国内修改采用该方法制定了NB/SH/T 0944.1—2017 《润滑剂抗磨损性能的测定 FE8滚动轴承磨损试验机法 第1部分：润滑油》。FE-8轴承磨损试验进行润滑油试验时，首先在FE-8试验机上安装2个试验轴承，将一定量的试验油加入润滑油循环系统中，通过润滑油循环系统，以0.1 L/min±0.02 L/min的体积流速给每个试验轴承供油，并在规定条件下（电机转速7.5 r/min±0.5 r/min、轴向负荷80 kN±3 kN、温度为80 ℃±1 ℃）进行试验。试验过程中，当轴承由于润滑不良而导致的摩擦扭矩连续超过60 N · m持续10 s以上，或连续运行时间达到80 h时，试验结束。试验前后称量试验轴承各部件的质量，以磨损质量损失来评价润滑剂的抗磨损性能。

图1 FZG微点蚀试验机

表3 润滑油抗微点蚀性能的测定（FZG试验机法，FVA 54VII）

弗兰德抗泡试验

工业齿轮油在循环流动和被搅动中，容易产生泡沫，若抗泡性不好，生成的泡沫不能很快消失，会影响齿轮啮合处油膜的形成，还会因夹带泡沫使实际油量减少，影响油品极压抗磨性能和设备散热。目前多采用常规的GB/T 12579（ASTM D892、DIN 51566E）普通抗泡试验评定油品泡沫性能，为了更为准确地评价油品在实际运行过程中的泡沫性能，国际上多采用更为苛刻的弗兰德抗泡试验（ISO 12152—2012 《润滑油，工业用油和相关产品.使用正齿轮试验装置测定工业齿轮油的起泡沫和空气挥发性性能.弗兰德泡沫试验规程》）。

根据ISO 12152标准，在一个有玻璃观察窗的密闭齿轮箱中，采用一副齿轮在油样中旋转（油温25 ℃±0.5 ℃、电机转速1 450 r/min），将空气混入油中，形成油沫（油-空气混合物和泡沫），运转5 min，然后停机1 min、5 min后测量泡沫体积增加的百分比，以此来评价油品的动态抗泡性能。在这种状况下润滑油的状态与机械运转和吸入的空气有关，油-气混合物、表面泡沫和油品劣化等性能能够很快得到检测。该试验与齿轮箱实际运行工况更为契合。Flender泡沫台架试验设备见图3，透视窗见图4。

橡胶兼容性试验

橡胶兼容性是反映油品对橡胶件影响的重要指标。作为系统密封材料的橡胶在齿轮箱中要与工业齿轮油接触，若工业齿轮油与密封橡胶的适应性不好，就会造成橡胶的过度膨胀或收缩，并加速橡胶的老化，造成泄漏，污染环境，并有可能带来安全隐患，影响设备的正常运行。

图2 FE-8轴承磨损试验台架

图3 Flender泡沫试验台架

图4 Flender泡沫台架透视窗

根据相关研究成果[12]，工业齿轮箱橡胶密封材料发生异常泄漏的主要原因包括，密封圈本身的性能、装配过程、润滑剂、设备操作条件、密封环境和轴表面情况等。密封材料泄漏影响因素见图5（图中，红色为短期影响因素占比，绿色为长期影响因素占比）。，

由图5可见，润滑剂的选择对于密封材料发生长期泄漏的因素比重为40%，影响较大。因此，需要重点关注工业齿轮油与橡胶的兼容性，一般采用ISO 1817—2015《硫化橡胶 耐液体测定方法》方法进行评价。

根据ISO 1817要求，将指定橡胶材料与试验油品放入容器中在一定温度下浸泡一定时间（例如NBR/SRE 28SX，168 h，100 ℃，即SRE 28SX型丁腈橡胶在100 ℃条件下进行168 h实验），之后取出测试橡胶硬度、体积和强度等方面性能的变化，见图6。

长城AP工业齿轮油性能评价

工业齿轮油黏度级别众多，本文以工业齿轮箱较为常用的ISO VG220工业齿轮油（长城AP 220）为例，依据L-CKSMP技术要求对AP 220进行常规理化分析和相关台架性能评价。长城AP 220的常规性能分析结果见表4。

由表4可见，长城AP 220具有优良的防锈、抗泡、破乳化、抗氧和FZG承载等性能，完全可以满足ISO 12925-1-2018 L-CKSMP VG220油品常规性能指标要求。

抗微点蚀测试

长城AP 220采用FVA 54 VII试验方法在德国波鸿鲁尔大学（Ruhr University Bochum）进行了FZG抗微点蚀试验，测试结果见表5。长城AP 220工业齿轮油齿廓偏差见图7，微点蚀试验后齿轮照片见图8。

从图7、图8可以看出，长城AP 220齿廓平均偏差在承载测试阶段和耐久测试阶段均可满足指标要求，且试验后齿轮无明显微点蚀，油品抗微点蚀性能较好，可以减少齿轮设备微点蚀概率。

FE-8 轴承磨损测试

采用DIN 51819-3方法对长城AP 220进行FE-8轴承磨损性能测试，结果见表6。长城AP 220 FE-8轴承磨损试验测试数据见图9。

从FE-8轴承磨损试验台架测试结果来看，长城AP 220对轴承保护效果很好，轴承的磨损量很低，满足指标要求，可以很好地保护齿轮箱轴承部件处于良好的工作状态。

弗兰德泡沫测试

采用ISO 12152弗兰德泡沫试验对长城AP 220进行抗泡性能测试，结果见表7。

从表7可以看出，长城AP 220工业齿轮油在弗兰德泡沫试验中，对于不同条件下，泡沫体积变化均较小。这说明油品的抗泡性能较好，在实际运行过程中，既可降低泡沫产生造成的齿轮表面润滑不充分的风险，同时也可减少因泡沫累积过多，造成油品溢出的“漏油”问题。

图5 密封材料泄漏影响因素

图6 密封材料兼容性试验

表4 长城AP 220常规性能分析

橡胶相容性测试

依据ISO 1817试验方法，采用NBR/SRE 28SX橡胶与长城AP 220在100 ℃下进行168 h橡胶兼容性试验，测试结果见表8。

从表8可以看出，长城AP 220与密封材料的兼容性符合ISO 12925-1—2018参考技术指标要求，可以减少齿轮箱因漏油造成维修、停机和环境污染等问题。

结论

☆ISO 6743-6工业齿轮油分类标准在其2018版本中新增了环境可接受齿轮油技术规格，L-CKS和L-CKT齿轮油规格发生了衍化，同时新增了L-CKSMP高端抗微点蚀工业齿轮油规格。

☆ISO 12925-1—2018工业闭式齿轮油标准根据ISO 6743-6—2018制定了L-CKSMP工业闭式齿轮油的技术要求，使得目前市场上在用的高端抗微点蚀工业齿轮油首次有了具体规格和技术要求，对于规范市场和产品研究具有重要意义。

☆长城AP工业齿轮油可以满足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技术规格的技术要求，在抗微点蚀、轴承保护、抗泡和橡胶适应性等方面性能优异，已获得了SIEMENS Flender、HANSEN和Eickhoff等顶端工业齿轮箱OEM技术认证，为国际高端工业齿轮油。

表5 长城AP 220抗微点蚀性能评价结果

图7 长城AP 220工业齿轮油齿廓偏差

图8 长城AP 220 微点蚀试验后齿轮照片

表6 长城AP 220 FE-8轴承磨损试验结果

图9 长城AP 220 FE-8轴承磨损试验测试数据

表7 长城AP 220 弗兰德泡沫试验结果

表8 长城AP 220橡胶兼容性试验结果