Stressz az üvegben
Az anyagon belüli egységnyi keresztmetszetre ható kölcsönhatási erőt belső feszültségnek nevezzük. Az üveg belső feszültsége a keletkezésének különböző okai szerint három kategóriába sorolható.
(1) Üveg hőfeszültsége A hőmérséklet-különbség miatt az üvegben keletkező feszültséget termikus feszültségnek nevezzük. Létezési jellemzői szerint átmeneti stresszre és tartós stresszre osztják.
1 Átmeneti feszültség Azt a hőfeszültséget, amely akkor keletkezik, ha az üveg rugalmas alakváltozási hőmérsékleti tartományában a nyúlási pontnál alacsonyabb hőmérsékletű melegítés vagy hűtés során egyenetlen hőmérséklet-változáson megy keresztül, átmeneti feszültségnek nevezzük. Ez a feszültség a hőmérsékleti gradiens fennállásával létezik, és a hőmérsékleti gradiens eltűnésével eltűnik.
2 Permanens feszültség Azt a hőfeszültséget, amely az üveg belső és külső rétegei közötti hőmérsékleti gradiens megszűnése után megmarad, maradandó feszültségnek nevezzük. Az üvegben az állandó feszültség keletkezése a deformációs hőmérsékleti tartományon belüli feszültséglazítás eredménye. A tartós feszültség keletkezésének csökkentése érdekében az üveg kémiai összetételének és a termék vastagságának megfelelően meg kell választani a megfelelő izzítási hőmérsékletet és hűtési sebességet úgy, hogy a maradó feszültség értéke a megengedett tartományon belül legyen.
(2) Szerkezeti feszültség az üvegben Az egyenetlen kémiai összetételből adódó szerkezeti egyenetlenségek miatt az üvegben keletkező feszültséget szerkezeti feszültségnek nevezzük. A szerkezeti feszültség állandó stressz. Például az üveg olvasztási folyamata során a gyenge olvadási homogenizáció miatt hibák, például csíkok és kövek keletkeznek. Ezeknek a hibáknak a kémiai összetétele eltér a főüvegétől, és eltérő a tágulási együtthatójuk is. Miután a hőmérséklet eléri a szobahőmérsékletet, a szomszédos, eltérő tágulási együtthatójú részek eltérően zsugorodnak, feszültséget okozva az üvegben. Ezt az üveg szerkezetéből adódó feszültséget hőkezeléssel nem lehet kiküszöbölni.
(3) Az üveg mechanikai igénybevétele A mechanikai igénybevétel az üvegre ható külső erő által okozott feszültséget jelenti. Ez egy átmeneti stressz. Megszűnik, ha a külső erő eltűnik.
Feszültség megszüntetése az üvegben
Az üveg lágyítása olyan hőkezelési eljárás, amelynek célja az üvegben az öntési vagy hőfeldolgozási folyamat során keletkező tartós feszültség csökkentése vagy megszüntetése, valamint az üveg teljesítményének javítása.
Az üvegben a feszültség kialakulásának oka szerint az üveg lágyítása alapvetően két folyamatból áll: a feszültség csökkentéséből és megszüntetéséből; megakadályozza az új stressz kialakulását. Az üvegnek nincs rögzített olvadáspontja. Magas hőmérsékletről lehűl és folyékonyból rideg szilárd anyaggá alakul. Ezt a hőmérsékleti tartományt átmeneti hőmérséklet-tartománynak nevezzük. A felső határhőmérséklet a lágyulási hőmérséklet, az alsó határhőmérséklet pedig az átmeneti hőmérséklet. Az átmeneti hőmérsékleti tartományban az üvegben lévő részecskék még mozoghatnak, vagyis az átmeneti hőmérséklethez közeli bizonyos hőmérsékleten a hőmegőrzés és a kiegyenlítés megszüntetheti az üveg hőfeszültségét. Mivel az üveg ebben az időben viszkoelasztikus test, bár a feszültség enyhíthető, ez nem változtatja meg a termék megjelenését.
(1) Az üveg izzítási hőmérséklete és izzítási hőmérséklet-tartománya Az üvegben lévő tartós feszültség kiküszöbölése érdekében az üveget bizonyos hőmérsékletre kell melegíteni a Tg üvegesedési átmeneti hőmérséklet alá a hő megőrzése és a kiegyenlítés érdekében az egyes részek hőmérsékleti gradiensének kiküszöbölése érdekében. az üveget, és lazítsa meg a stresszt. Ezt a hőmegőrzési és kiegyenlítési hőmérsékletet lágyítási hőmérsékletnek nevezzük. Az üveg legmagasabb hőkezelési hőmérséklete azt a hőmérsékletet jelenti, amelyen a feszültség 95%-a 3 perc elteltével megszűnik, ami megegyezik az izzítási ponttal (n-1012Pa·s), amelyet felső izzítási hőmérsékletnek is neveznek. ; a legalacsonyabb hőkezelési hőmérséklet azt a hőmérsékletet jelenti, amelyen a feszültségnek csak 5%-a szüntethető meg 3 perc után. Alsó lágyítási hőmérsékletnek is nevezik. A legmagasabb lágyítási hőmérséklettől a legalacsonyabb lágyítási hőmérsékletig terjedő hőmérséklet-tartományt lágyítási hőmérséklet-tartománynak nevezzük. Az izzítási hőmérséklet-tartomány általában 50-150 fok. A palacküveg legmagasabb hőkezelési hőmérséklete 550-600 fok. A tényleges gyártás során az általában használt lágyítási hőmérséklet 20-30 fokkal alacsonyabb, mint a legmagasabb izzítási hőmérséklet. A legalacsonyabb izzítási hőmérséklet 50-150 fokkal alacsonyabb, mint a legmagasabb izzítási hőmérséklet. Az üveg izzítási hőmérséklete annak kémiai összetételétől függ. Minden olyan készítmény, amely csökkentheti az üveg viszkozitását, csökkentheti az izzítási hőmérsékletet is.
(2) Üveg lágyítási folyamata Az üvegtermékek izzítási folyamata négy szakaszból áll: melegítés, hőmegőrzés, lassú hűtés és gyors hűtés. Az egyes fokozatok fűtési és hűtési sebessége, hőmegőrzési hőmérséklete és ideje szerint a hőmérséklet és az idő közötti összefüggés görbéje rajzolható meg. A 2-35 ábra a lágyítási görbe.
Az első szakasz a fűtési szakasz. A fő feladat a termék hőkezelése az izzítási hőmérsékletre. Amikor az üvegterméket kialakítják és az izzítókemencébe küldik, magának a terméknek az alakítási és szállítási folyamat során bekövetkező hőmérséklet-csökkenése miatt a termék hőmérséklete általában alacsonyabb, mint az üveg izzítási hőmérséklete, amikor belép az izzítókemencébe. , különösen egyes vékony falú termékek esetében. Ezért amikor a termék belép az izzítókemencébe, a terméket fel kell melegíteni az előre meghatározott izzítási hőmérsékletre.
Az üveg hevítésekor a felületi rétege nyomófeszültségnek, a belső rétege pedig húzófeszültségnek van kitéve. Mivel az üveg nyomószilárdsága körülbelül 10-szerese a szakítószilárdságának, a melegítési sebesség is ennek megfelelően gyorsabb lehet. A hőmérsékleti gradiens által generált átmeneti feszültség és a hevítési folyamat során fellépő állandó feszültség összege azonban nem lehet nagyobb, mint a szakítószilárdság határa, különben eltörik. A tényleges gyártás során olyan tényezők, mint az üvegtermékek vastagságának egyenletessége, a termékek mérete és alakja, valamint az izzítókemencében a hőmérséklet-eloszlás egyenletessége befolyásolják a fűtést és a hevítési sebességet.
A közvetlenül a termék kialakulása után végzett izzítást elsődleges lágyításnak, a termék lehűtése utáni izzítást pedig másodlagos lágyításnak nevezzük. A palackos és dobozos üvegtermékek gyártása mindig az elsődleges izzítási módszert alkalmazza, és az alakítás után azonnal belép a lágyító kemencébe. Egyes összetett formájú, egyenetlen falvastagságú vagy 8 mm-t meghaladó palackfenék-vastagságú termékeknél szigorúan tilos egyszeri izzítókemencét másodlagos izzításhoz használni. Ha újramelegítésre van szükség, másodlagos izzító kemencét kell választani az izzításhoz, különben az üvegtermékek szétrepednek. Például a felületi matricák a másodlagos izzításhoz tartoznak, és a sütőkemencét a termék másodlagos izzítására használják. Egyes szárítással feldolgozandó termékeknél, ha a szárítás után túl nagy a feszültség, másodlagos izzítás is szükséges a feszültség megszüntetésére.
A második szakasz a szigetelési szakasz, amelynek fő célja a gyors felmelegedés által generált hőmérsékleti gradiens megszüntetése és a termékben rejlő belső feszültség megszüntetése. Eltünteti a felületi hőmérséklet és a termék belső rétege közötti hőmérsékletkülönbséget. Ebben a szakaszban először az izzítási hőmérsékletet kell meghatározni, majd a szigetelési időt. Általában az izzítási hőmérséklet 20-30 fokkal alacsonyabb, mint az izzítási hőmérséklet felső határa. A közvetlen mérés mellett az üvegösszetétel alapján is kiszámítható az a hőmérséklet, amelyen a viszkozitás 1012Pa·s. Az izzítási hőmérséklet meghatározásakor a szigetelési idő 70a2~120a2, vagy a megengedett feszültségérték szerint számítható.
Általában a vastag falú termékeknél a hőmérsékleti időnek hosszabbnak kell lennie, hogy a termékben lévő feszültség teljesen ellazuljon, ellenkező esetben nagy belső feszültség marad a termékben. Vékony falú termékeknél a szigetelési idő megfelelően rövidebb lehet.
A harmadik szakasz a termék lassú hűtése az izzítókemencében. Az izzítási hőmérsékleten bizonyos ideig tartó hőmegőrzés után a termék eredeti feszültsége megszűnt. A hűtés utáni tartós feszültség kialakulásának elkerülése, illetve a termék által igényelt feszültségtartományra csökkentése érdekében a kiegyenlítés utáni lassú hűtés szükséges, hogy megakadályozzuk a tartós feszültség kialakulását.
A negyedik szakasz az üveg gyors hűtési szakasza. A gyors hűtés kezdő hőmérsékletének alacsonyabbnak kell lennie, mint az üveg nyúlási pontja, mert az üveg szerkezete teljesen rögzül a nyúlási pont alatt. Bár a hőmérsékleti gradiens ekkor keletkezik, tartós feszültség nem keletkezik. A gyors lehűlési szakaszban csak átmeneti feszültség keletkezhet. Annak érdekében, hogy az üvegtermékek ne törjenek el az átmeneti igénybevétel miatt, a lehető leggyorsabban lehűthetők.
A tényleges gyártás során alacsonyabb hűtési sebességet alkalmaznak. Az általános üveg esetében ennek az értéknek a 15-20%-a, az optikai üvegeknél pedig kevesebb, mint 5%.
Az üvegtermékek teljes lágyítási ideje a melegítés, a hőmegőrzés, a lassú hűtés és a gyors hűtés összege. Az egyes szakaszok izzítási sebességét arra a megengedett feszültségértékre kell korlátozni, amelyet a termék elvisel. Először számítással határozza meg a legmegfelelőbb lágyítási görbét, és általában a gyártási gyakorlatban módosítsa. Palacküveghez! Az izzítórendszert a 2-34 táblázat mutatja.
(3) Az izzítórendszer kialakításánál figyelembe veendő kérdések A palacküveg izzítási hőmérsékletét a termék méretének, tömegének, üvegösszetételének, a termék kemence hőmérsékletének és az egyes izzítókemencék szerkezeti jellemzőinek megfelelően kell beállítani. Ugyanakkor a következő szempontokat is figyelembe kell venni.
① Hőmérséklet-különbség hatása az izzítókemencében A sok technikai intézkedés ellenére a hőmérséklet eloszlása az izzító kemence keresztmetszetében még mindig egyenetlen, ami a termék hőmérsékletét egyenetlenné teszi. Ezért az izzítórendszer kialakításakor a szigetelési időt megfelelően meg kell hosszabbítani, és a lassú hűtési sebességnek kisebbnek kell lennie, mint a tényleges megengedett tartós feszültségértéknek megfelelő hűtési sebesség, általában a megengedett feszültségérték felét veszik számításba. A hevítési sebesség és a gyors hűtési sebesség meghatározásánál figyelembe kell venni az izzító kemence hőmérséklet-különbségének hatását is.
Ha a termék nem igényel hideg permetezést, az izzító kemenceláncban a palackok távolságának a lehető legközelebb kell lennie anélkül, hogy ez befolyásolná a kemence hőciklusát és szélhőciklusát. Általában 15-20 mm a megfelelő. Ezenkívül figyelembe kell venni a palack magasságát és alakját is. Ha a palack magasabb, akkor a távolság felső határa, ha rövidebb, akkor az alsó határ. Ha a termék hideg permetezést igényel, a palack távolságát úgy kell meghatározni, hogy a hideg végű permetezés egyenletesen tudjon permetezni a palack testére.
③ Vastag falú és összetett formájú termékek izzítási problémái A vastag falú termékek belső és külső rétegei között nagy a hőmérséklet-különbség. Ezért az izzítási hőmérséklet tartományon belül a vastag falú termékek szigetelési idejét ennek megfelelően meg kell hosszabbítani, hogy a termékek belső és külső rétegének hőmérséklete egyenletes legyen, de a hűtési sebességet is ennek megfelelően le kell lassítani, a teljes lágyítási időt meg kell hosszabbítani. Megjegyzendő, hogy a vastag falú termékek szigetelési idejének meghosszabbítása nem arányos a termékek vastagságával. Ennek az az oka, hogy a vastagság növekedése után nagyobb a terhelés. Ha a termékeket hosszabb ideig magasabb hőmérsékleten tartják, könnyen deformálódnak. Az összetett formájú termékek hajlamosak a feszültségkoncentrációra. Ezért viszonylag alacsony szigetelési hőmérsékletet kell alkalmazniuk, mint a vastag falú termékeknél, és a szigetelési időt megfelelően meg kell hosszabbítani. Mind a fűtési, mind a hűtési sebességnek lassúnak kell lennie.
④ Különböző típusú termékek izzítási problémái ugyanabban a kemencében Ha azonos kémiai összetételű és különböző vastagságú termékeket hőkezelnek ugyanabban az izzító kemencében, az izzítási hőmérsékletet a legkisebb falvastagságú terméknek megfelelően kell meghatározni, hogy elkerüljük a vékony réteg deformálódását. Termékek. A szigetelési időt azonban megfelelően meg kell hosszabbítani, és a fűtési és hűtési sebességet a legnagyobb falvastagságú terméknek megfelelően kell meghatározni, hogy a vastag falú termékek ne törjenek el a hőterhelés miatt.
Ha különböző kémiai összetételű termékeket hőkezelnek ugyanabban az izzítókemencében, akkor a legalacsonyabb izzítási hőmérsékletű üvegterméket kell választani szigetelési hőmérsékletként. Ugyanakkor a szigetelési időt meg kell hosszabbítani, hogy a különböző izzítási hőmérsékletű termékek jó izzítást érjenek el.
⑤ A termékek inherens feszültségének hatása Gyors melegítésnél a hőmérséklet-különbség szerinti átmeneti feszültség számításon túlmenően meg kell becsülni az eredendő feszültség hatását is.