36. Термич.Обработка стекла:отжиг и закалка.

Отжигом стекла называется термическая обработка, при которой внутренние остаточные напряжения удаляются или уменьшаются до допустимых пределов, зависящих от назначения изделий и условий их работы.

Процесс отжига включает следующие стадии: 1) нагрев (или охлаждение) изделия до температуры отжига; 2) выдержка при температуре отжига до практически полного удале­ния напряжений; 3) ответственное охлаждение — медленное охлаждение до низшей температуры от­жига, предохраняющее стекло от возникновения остаточных напряжений, превышающих допусти­мые; 4) быстрое охлаждение изделия до комнатной температуры.

Режим отжига стеклоизделий определяется свойствами стекла, формой и размерами изделий, технологией их изготовления, конструк­тивными особенностями печи отжига. Параметры отдельных этапов отжига (температуры, продолжительности, скорости нагрева) выбира­ют исходя из допустимого для каждого конкретного изделия напряже­ния на основе законов возникновения, распределения и релаксации напряжений.

Нагрев стекла до температуры отжига (I этап отжига) проводится с максимальной скоростью, ограниченной возможностью разрушения изделия. Возникающие при быстром нагреве временные термоупругие напряжения накладываются на остаточные напряжения, образовав­шиеся в изделии при его формовании, и могут превысить предел проч­ности стекла. Разрушающие напряжения без учета их знака условно принимают равными 70 МПа.

Выдержка при температуре отжига (II этап) приводит к вырав­ниванию температур в изделии и релаксации имеющихся в нем оста­точных напряжений. Температуру выдержки в зоне отжига Т_от выби­рают таким образом, чтобы предотвратить деформацию изделий (ни­же Т_в), но обеспечить достаточно высокую скорость релаксации на­пряжений (выше Т_н). Обычно время релаксации напряжений при тем­пературе отжига — от 3 до 20 мин, т. е. Т_от близка к Тв.

Ответственное (медленное) охлаждение (III этап отжига) являет­ся важнейшей его стадией, поскольку именно на ней в изделии могут вновь образоваться постоянные напряжения.

Допустимые остаточные напряжения в изделиях различного типа по ГОСТам и ТУ соответствуют разности хода лучей А, нм/см: опти­ческие стекла 2—50; полированное стекло, полученное методом пла­вающей ленты, 25—30; листовое стекло, полученное методом непре­рывного проката, 20—60; листовое стекло ВВ 20—95; стеклянная та­ра 50—400; закаленное листовое стекло 1350—2400.

Быстрое охлаждение стекол ниже Т_н (IV этап отжига) проводится со скоростью, лимитируемой только возникающими временными тер­моупругими напряжениями, т. е. термостойкостью изделия. На этой стадии — от Г_н до комнатной температуры — вероятность релаксации термоупругих напряжений и появления остаточных напряжений пре­небрежимо мала.

Следует отметить, что в промышленных условиях температура в отжигательных печах изменяется настолько плавно, что четкое разгра­ничение этапов отжига отсутствует.

Закалкой называется процесс создания в стекле значительных по­стоянных внутренних напряжений путем быстрого охлаждения стекла от температуры, лежащей выше температуры стеклования. Образую­щиеся при такой обработке напряжения сжатия в поверхностном слое стекла существенно повышают его механическую прочность и термо­стойкость.

Прочность закаленного стекла в 4—6 раз превышает прочность отожженного. Основной при­чиной этого является создание в поверхностных слоях стекла напря­жений сжатия.

Характер влияния толщины стекла на его прочность зависит от степе­ни закалки. Прочность стекол, закаленных на воздухе, определяется главным образом остаточными напряжениями и поэтому растет с увели­чением толщины стекла (как и напряжения). Прочность интенсивно за­каленных стекол, как правило, падает с увеличением толщины, несмотря на рост напряжений сжатия. Это, с одной стороны, связано с более силь­ным снижением Ro толстых стекол, а с другой — с ростом глубины обра­зующихся трещин (опасности дефектов) при увеличении толщины и ин­тенсивности охлаждения стекла.