GB 13895—2018《重負(fù)荷車輛齒輪油(GL-5)》國家標(biāo)準(zhǔn)解讀

周軼 杜雪嶺

1中國石化潤滑油有限公司北京研究院

2中國石化潤滑油有限公司上海研究院

GB 13895—2018《重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）》國家標(biāo)準(zhǔn)對于GL-5重負(fù)荷車輛齒輪油的黏度設(shè)置、試驗(yàn)方法、剪切穩(wěn)定性等進(jìn)行了修訂；并于2018年7月13日正式發(fā)布、2019年2月1日實(shí)施。本文對GB 13895—2018國家標(biāo)準(zhǔn)的主要變化及變化原因進(jìn)行了分析和解讀。

GB 13895—1992《重 負(fù) 荷車輛齒輪油(GL-5)》國家標(biāo)準(zhǔn)于1992年發(fā)布，經(jīng)過二十幾年的時(shí)間，國內(nèi)外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法等發(fā)生了很大變化，新的GB 13895—2018《重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）》國家標(biāo)準(zhǔn)于2018年7月13日正式發(fā)布，并將于2019年2月1日實(shí)施，替代1992版標(biāo)準(zhǔn)。本文對GB 13895—2018國家標(biāo)準(zhǔn)的主要變化及變化原因進(jìn)行了分析。

標(biāo)準(zhǔn)采標(biāo)的依據(jù)

為了適應(yīng)汽車工業(yè)的升級換代，重負(fù)荷車輛齒輪油規(guī)格也在不斷更新。目前，國際上尚無統(tǒng)一的重負(fù)荷車輛齒輪油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。這主要是由于歐洲與北美的汽車在設(shè)計(jì)上有所不同，反映在汽車制造商對車輛用油的要求各有側(cè)重，在油品規(guī)格上存在一些差異，難以統(tǒng)一。但世界各國基本上都認(rèn)可美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API 1560—2012《汽車手動變速器、手動驅(qū)動橋和輪軸的潤滑油服務(wù)設(shè)計(jì)》的使用分類，黏度等級采用美國汽車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)SAE J306—2005《汽車齒輪潤滑油黏度分類》，產(chǎn)品規(guī)格以美軍齒輪油規(guī)格（MIL-L-2105B、MIL-L-2105D、MILPRF-2105E等）、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會ASTM D7450—2013《API類GL-5后軸齒輪潤滑油性能規(guī)格》以及SAE J2360—2012《多用途（公制）齒輪潤滑油，軍用》最有代表性。國內(nèi)外重負(fù)荷車輛齒輪油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概要情況見表1。

GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)參照美軍規(guī)格MIL-L-2105B（單級油）和MIL-L-2105D（多級油）制定。GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)則是參照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會ASTM D7450—2013標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17477—2012以及結(jié)合生產(chǎn)和實(shí)際使用需求的情況進(jìn)行修訂。

表1 國內(nèi)外重負(fù)荷車輛齒輪油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概要情況

標(biāo)準(zhǔn)主要修訂的內(nèi)容

適用范圍

GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為“所屬產(chǎn)品主要適用于汽車驅(qū)動橋，特別適用于在高速沖擊負(fù)荷、高速低扭矩和低速高扭矩工況下應(yīng)用的雙曲面齒輪”。原GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為“所屬產(chǎn)品適用于在高速沖擊負(fù)荷，高速低扭矩和低速高扭矩工況下使用的車輛齒輪特別是客車和其他各種車輛的準(zhǔn)雙曲面齒輪驅(qū)動橋，也可用于手動變速器”。GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)參照ASTM D7450標(biāo)準(zhǔn)刪除了原GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)“適用于手動變速器”的范圍。

黏度等級和黏度范圍

黏度等級修訂主要根據(jù)GB/T 17477—2012標(biāo)準(zhǔn)、市場主流需求和重負(fù)荷車輛齒輪油的應(yīng)用范圍來確定。

GB/T 17477—2012《汽車齒輪潤滑油黏度分類》標(biāo)準(zhǔn)是針對汽車驅(qū)動橋和手動變速器的黏度進(jìn)行分類，只對高溫和低溫的黏度等級進(jìn)行分類（見表2），對多級油的組合沒有展開說明（例如列出75W-80、85W-250等）。

市場調(diào)研情況顯示，目前國內(nèi)市場上重負(fù)荷車輛齒輪油以多級油為主。在市場服務(wù)油方面，主要的重負(fù)荷車輛齒輪油黏度級別有75W-90、80W-90、85W-90、85W-140、80W-140以及90、140單級油；在裝填油方面，除以上黏度級別外，極少數(shù)OEM（原始設(shè)備制造商）會采 用75W-80、75W-85、75W-110、75W-140等黏度級別油品，原GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中75W黏度級別沒有市場應(yīng)用。

重負(fù)荷車輛齒輪油一般用于各類汽車的驅(qū)動軸（前、后橋）、工程機(jī)械驅(qū)動橋的潤滑，尤其是配有雙曲線齒輪車輛的潤滑，對于此類驅(qū)動橋總成來說，需要油品具有優(yōu)異的抗磨和承載能力，在摩擦副表面形成潤滑油膜來保持潤滑性能，低黏度級別75W單級油在摩擦副表面形成的潤滑油膜很難充分保護(hù)驅(qū)動橋。

表2 汽車齒輪潤滑劑黏度分類（GB/T 17477—2012）

因此，在GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)中，刪除GB了 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中的75W單級油黏度級別，增加了75W-90、80W-110、80W-140、85W-110、110共5個黏度級別，共設(shè)置10個黏度等級：75W-90、80W-90、80W-110、80W-140、85W-90、85W-110、85W-140、90、110、140。

同時(shí)，根據(jù)GB/T 17477—2012標(biāo)準(zhǔn)的要求，修訂了各黏度級別的運(yùn)動黏度的范圍，具體見表2。

低溫性能

GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中采用成溝點(diǎn)、表觀黏度和傾點(diǎn)來表征油品的低溫性能。而GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)刪除了GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中的成溝點(diǎn)指標(biāo)，修訂了表觀黏度項(xiàng)目的指標(biāo)描述，同時(shí)修訂了90、110和140這3個黏度級別的傾點(diǎn)要求。

成溝點(diǎn)曾作為齒輪油低溫特性的重要表征。這主要源自于美軍1962年發(fā)布的MIL-L-2105B規(guī)格、1987年發(fā)布的MIL-L-2105D規(guī)格以及1997年發(fā)布的MIL-PRF-2105E均有成溝點(diǎn)要求。1998年SAE J2360規(guī)格頒布時(shí)也規(guī)定了成溝點(diǎn)的要求，隨后MIL-PRF-2105E規(guī)格被SAE J2360規(guī)格替代，在2012年，SAE J2360規(guī)格更新時(shí)取消了成溝點(diǎn)項(xiàng)目。GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)修訂參照的ASTM D7450規(guī)格也未要求該項(xiàng)目。成溝點(diǎn)的測試方法源自美國聯(lián)邦測試方法FTM 3456，而表觀黏度測試儀器是根據(jù)心軸轉(zhuǎn)速（剪切速率）來計(jì)算表觀黏度值，該方法更適合模擬齒輪油在低溫下呈現(xiàn)非牛頓流體特征的情形。從測試數(shù)據(jù)來看（見表3，以80W-90為例），同一油品成溝點(diǎn)測試合格的情況下，表觀黏度數(shù)據(jù)的差異非常明顯。

同時(shí)，為了更好地區(qū)分不同油品低溫性能的差異性，GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)要求列出油品低溫下表觀黏度的具體數(shù)值。以75W-90黏度級別為例，GB 13895—2018要求將GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“表觀黏度達(dá)150 Pa·s時(shí)的溫度≤-40 ℃”，修訂為“-40 ℃表觀黏度≤150 000 mPa·s”。

GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)采用成溝點(diǎn)來表征90和140這2個單級油的低溫性能，GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)刪掉了成溝點(diǎn)指標(biāo)要求，同時(shí)規(guī)定了90、110和140這3個黏度級別的傾點(diǎn)來表征單級油的低溫性能，對應(yīng)的傾點(diǎn)要求分別為“≤-12 ℃、≤-9 ℃和≤-6 ℃”。

剪切安定性

剪切安定性評價(jià)為GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)的新增項(xiàng)目。

車輛齒輪油的使用工況條件越來越苛刻，經(jīng)過劇烈的剪切，油品中高分子組分會被剪切導(dǎo)致油品黏度降低。車輛齒輪油的黏度下降會導(dǎo)致齒輪磨損以及設(shè)備異響等問題。因此，需要油品在使用過程中具有較好的黏度保持性, 使最低黏度保持在黏度等級范圍內(nèi)，以提供充足的油膜保護(hù)，降低因摩擦造成的磨損，才能達(dá)到較長的換油周期。

早在1998年美國汽車工程師協(xié)會對SAE J306—91標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂時(shí)，增加了油品的KRL剪切安定性試驗(yàn)（CEC L-45-A-99方法，20 h），對油品的抗剪切性能進(jìn)行了規(guī)范要求，最新的SAE J306—2005規(guī)格仍然延續(xù)了此項(xiàng)目的要求，GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)參照的ASTM D7450和GB/T 17477標(biāo)準(zhǔn)也均要求測試該項(xiàng)目。部分汽車OEM也將此項(xiàng)目列入自己的OEM規(guī)范要求。鑒于此，GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)增加了KRL剪切安定性的要求，規(guī)定20 h剪切試驗(yàn)后油品100 ℃的運(yùn)動黏度仍在在黏度等級范圍內(nèi)。

臺架試驗(yàn)

銹蝕試驗(yàn)

ASTM D7450標(biāo)準(zhǔn)采用的是L-33方法或 ASTM D7038（原L-33-1法）2種方法來評價(jià)銹蝕試驗(yàn)。L-33-1為新增方法，該方法與L-33的差異在于將紙質(zhì)的板狀墊片變?yōu)樘馗积垑|片 (比紙質(zhì)更為統(tǒng)一化），試驗(yàn)開始時(shí)對硬件進(jìn)行清潔/噴砂處理進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，并要求試驗(yàn)結(jié)束后對硬件的評分必須由經(jīng)過認(rèn)證的評分員進(jìn)行等，通過更新程序，希望能減少或消除不同的實(shí)驗(yàn)室之間的差異。由于原GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中的SH/T 0517方法（L-33）已經(jīng)參照ASTM D7038方法（L-33-1）進(jìn)行了修訂，修訂后的方法為NB/SH/T 0517。

表3 GL-5 80W-90重負(fù)荷車輛齒輪油不同批次油品的成溝點(diǎn)和表觀黏度數(shù)據(jù)

因此，GB 13895—2018標(biāo) 準(zhǔn)采用NB/SH/T 0517方法來測試油品的銹蝕試驗(yàn)，同時(shí)參照ASTM D 7450標(biāo)準(zhǔn)對銹蝕試驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)描述，將原標(biāo)準(zhǔn)GB 13895—1992要求“蓋板銹蝕面積≤1%；齒面、軸承及其他部件銹蝕情況≤無銹” 修訂為“最終銹蝕性能評價(jià)≥9.0”。

承載以及抗擦傷能力

由于齒輪部件的材質(zhì)大多為金屬,工作中齒面接觸壓力大，容易產(chǎn)生摩擦和磨損以及齒輪斷裂失效,為確保油品具有良好的抗磨損性能和承載能力，需要進(jìn)行油品的承載以及抗擦傷能力試驗(yàn)。

GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中分別采用SH/T 0518方法（L-37法）和SH/T 0519（L-42法）測定油品的承載以及抗擦傷能力。ASTM D7450標(biāo)準(zhǔn)里面也同樣要求了此試驗(yàn)，分別采用的是ASTM D6121（L-37法）和ASTM D7452（L-42法）。目前，SH/T 0518已經(jīng)參照ASTM D6121方法（L-37）進(jìn)行了修訂，SH/T 0518與ASTM D6121方法在質(zhì)量指標(biāo)描述上有所差異。

GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)參照修訂后的SH/T 0518方法和ASTM D 7450標(biāo)準(zhǔn)對承載能力試驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)描述，將原標(biāo)準(zhǔn)GB 13895—1992承載能力試驗(yàn)要求“通過”修訂為“螺脊≥8；波紋≥8；磨損≥5；點(diǎn)蝕/剝落≥9.3；擦傷≥10”；同時(shí)參照ASTM D 7450標(biāo)準(zhǔn)對抗擦傷試驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)描述，將原標(biāo)準(zhǔn)GB 13895—1992要求“通過”修訂為“優(yōu)于參比油或與參比油性能相當(dāng)”。

同時(shí)，需要注意的是，在ASTM D7450中ASTM D6121（L-37法）和ASTM D7452（L-42法）均有2個版本，即標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版。加拿大版試驗(yàn)主要針對低溫單級油和低溫多級油進(jìn)行設(shè)置，與標(biāo)準(zhǔn)版區(qū)別主要在于試驗(yàn)溫度更低，并設(shè)有額外的溫控裝置，具體情況見表4。

因此，新版GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)對于新增黏度級別75W-90油品，需要同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版ASTM D6121和ASTM D7452臺架試驗(yàn)。

熱氧化穩(wěn)定性

GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)中采用的是SH/T 0520方法（L-60法）來測試油品的熱氧化穩(wěn)定性，ASTM D7450標(biāo)準(zhǔn)里面采用的是L-60方法或ASTM D5704（原L-60-1法）2種方法。L-60-1方法詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)臺架各部件的確切尺寸、空氣流量計(jì)如何校準(zhǔn)等細(xì)節(jié)，目的是為了消除不同實(shí)驗(yàn)室臺架結(jié)果的差異。目前SH/T 0755（L-60-1法）是參照ASTM D5704方法來制定的。

表4 ASTM D7450—2013（與黏度等級相關(guān)的API GL-5類齒輪油測試要求）

新版GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)仍要求油品需要通過該臺架試驗(yàn)，采用SH/T 0520方法（L-60法）或SH/T 0755（L-60-1法）來測定油品的熱氧化穩(wěn)定性，要求油品100 ℃運(yùn)動黏度增長≤100%，戊烷不溶物≤3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），甲苯不溶物≤2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

其他

同時(shí)，與GB 13895—1992相比，GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)對多級油連接符號，黏度指數(shù)和閃點(diǎn)的指標(biāo)，硫元素等項(xiàng)目的方法以及檢驗(yàn)規(guī)則等方面進(jìn)行了修訂，具體差異點(diǎn)見表5。

結(jié)束語

GB 13895—2018標(biāo) 準(zhǔn) 在GB 13895—1992標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，參照ASTM D7450—2013標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17477—2012以及結(jié)合生產(chǎn)和實(shí)際使用需求的情況對黏度等級、相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了修訂。GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，將對規(guī)范市場秩序、提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步滿足車輛齒輪，特別是客車和其他各種車輛的準(zhǔn)雙曲線齒輪或雙曲面齒輪驅(qū)動橋?qū)τ推返臐櫥枨?，促進(jìn)重負(fù)荷車輛齒輪油產(chǎn)品升級換代發(fā)揮非常重要的作用。

表5 GB 13895—2018標(biāo)準(zhǔn)與GB 13895—1992相比的主要差異