Производство деталей из металлических порошков 10 страница

Промышленное применение получили сплавы, содержащие от 5 до 80% Be, обладающие высокими прочностными свойствами и жест-костью. Так, сплав, содержащий 24% А1 (остальное Be), характеризует-ся следующими свойствами: σв = 620 МПа; σ0,2 = 510 МПа; δ = 3 %; Е = 260 ГПа.

Легирование двойных сплавов элементами, растворимыми в бе-риллиевой фазе, ухудшает свойства этой фазы и сплавов в целом, а элементами, растворимыми в алюминиевой фазе, улучшает свойства сплавов. Наиболее благоприятно на свойства сплавов влияет дополнительное легирование магнием в пределах его растворимости в алюминии. Однако значительный эффект упрочнения при одновременном повышении пластичности наблюдается у сплавов с малым количеством бериллия. При содержании в сплаве более 70 % Be резко ухудшается пластичность и практически не меняется прочность. Добавка 5 % Mg к сплаву с низким содержанием бериллия (30%) увеличивает предел прочности от 200 до 450 МПа, а относительное удлинение – от 18 до 25%. Заметно повышается и модуль нормальной упругости (до 150…300 ГПа).

Сохраняют прочность до очень высокой температуры так называ-емые бериллиды. Они представляют собой интерметаллидные соединения бериллия с переходными металлами (Та, Nb, Zr и др.). Бериллиды имеют высокую температуру плавления (~ 2000°С), высокую твердость (500…1000 HV), жесткость (Е ≈ 300...350 ГПа) при сравни-тельно низкой плотности (~ 2,7...5 г/см3). Однако бериллиды очень хрупкие. Из них изготовляют порошковой технологией мелкие неслож-ные по форме детали для гироскопов и систем управления.

4.5 Медь и ее сплавы

4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов

Медь – металл без полиморфных превращений с кристаллической ГЦК решеткой. Температура плавления составляет 1083оС. При нагревании полиморфные превращения в меди отсутствуют. Плотность меди составляет 8940кг/м3.

Медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. По электрической проводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Медь обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, едких щелочах, органических кислотах и других агрессивных средах, но взаимодействует с аммиаком и сернистыми газами.

Медь хорошо прокатывается в тонкие листы и ленту Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую проводимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотропию механических свойств меди. Отжиг для снятия наклепа проводят при 550 – 600°С в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.

К недостаткам меди относятся: невысокая прочность, плохая обра-батываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

В зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Сu), М0 (99,97% Сu), M1 (99,9% Сu), М2 (99,7% Сu), М3 (99,5% Сu).

Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на три группы.

К первой группе относятся растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Sn, Zn, которые повышают прочность и твердость меди и используются для легирования сплавов на медной основе. Эти примеси резко снижают электропроводимость и теплопроводность меди.

Вторую группу составляют нерастворимые в меди элементы РЬ и Bi, которые ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики (соответственно, при 326 и 270°С), располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость сплавов.

Нерастворимые элементы О, S, Se, Те присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз (например, Сu2О, Сu2S). Они составляют третью группу элементов и образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления, не вызывающих красноломкости. Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разрушению металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.

Для легирования медных сплавов в основном используют элемен-ты, растворимые в меди, – Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая проч-ность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. Относительное удлинение некоторых однофазных сплавов достигает 65%. По прочности медные сплавы уступают сталям. Временное сопротивление большинства сплавов меди лежит в интервале 300...500 МПа, что соответствует свойствам низкоуглеродистых нелегированных сталей в нормализованном состоянии. И только у наиболее прочных бериллиевых бронз после закалки и старения предел прочности составляет 1100...1200 МПа и соответствует уровню прочности среднеуглеродистых легированных сталей, подвергнутых термическому улучшению.

Медные сплавы подразделяются на две основные группы: латуни и бронзы.

Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых де-талей. В медных сплавах алюминий обозначают буквой А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, магний – Мг, никель – Н, олово – О, свинец – С, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконий – Цр, хром – X; марганец – Мц.

Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих, кроме меди и цинка, других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие на содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68% Сu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59% Сu, 3% А1; 2% Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn, 3% Mn и 1% Al.

Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозна-чают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В марках де-формируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие на их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% А1, 4% Fe, остальное – Сu. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb, остальное – Сu.

4.5.2 Латуни

Медь с цинком образует a-твердый раствор с предельной концен-трацией цинка 39% (рис. 22). При большем содержании цинка образует-ся электронное соединение CuZn (β-фаза) с кристаллической решеткой ОЦК. При 454…468°С (штриховая линия на диаграмме) наступает упо-рядочение β-фазы, а упорядоченный β-твердый раствор обозначается как β'-фаза.

Рисунок 22 - Диаграмма состояния Cu-Zn

При наличии в структуре латуни только α-твердого раствора уве-личение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пла-стичности. Появление β'-фазы сопровождается резким снижением пла-стичности, повышением твердости и хрупкости. Прочность продолжает повышаться при увеличении содержания цинка до 45 %, пока латунь находится в двухфазном состоянии. При дальнейшем повышении процентного содержания цинка происходит переход латуни в однофазное состояние со структурой β'-фазы, что вызывает резкое снижение прочности. Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.

Двойные латуни (содержащие только медь и цинк) подразделяются на однофазные (со структурой α-твердого раствора) и двухфазные(со структурой α и β-фаз).

Однофазные латуни обладают высокой пластичностью и хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Для повышения пластичности проводят рекристаллизационный отжиг при 600…700°С.

Детали, которые изготовлены из деформируемых латуней при содержании более 20% цинка, могут подвергаться "сезонному " растрескиванию во влажном воздухе при наличии в атмосфере серных газов. Для предотвращения растрескивания детали отжигают при температурах, ниже температуры рекристаллизации (в большинстве случаев при 250…270оС).

Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность противостоять износу, но при этом уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость.

Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни не подвергают горячему деформированию, а выпускают в виде холоднокатаных полос, лент, проволоки, листов. Из проката изготавливают детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).

Вследствие небольшого температурного интервала кристаллизации двойные латуни обладают низкой склонностью к дендритной ликвации, высокой жидкотекучестью, малой рассеянной усадочной пористостью и хорошей герметичностью. Но, несмотря на это, они практически не применяются для фасонных отливок, так как имеют довольно большую концентрированную усадочную раковину.

Для повышения обрабатываемости в латунь вводят свинец. Латунь ЛС59-1 («автоматная») поставляется в прутках и предназначается для изготовления деталей на станках-автоматах.

Для легирования латуней используют Al, Fe, Ni, Sn, Si. Эти эле-менты повышают прочность и коррозионную стойкость латуней. Поэто-му легированные латуни широко применяют в речном и морском судо-строении(ЛАЖ60-1-1). Латуни, легированные оловом (ЛО70-1, ЛО62-1) обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде и поэтому имеют название «морские латуни».

Практическое применение находят латуни с добавлением алюминия до 4 % (ЛА77-2), которые, благодаря однофазной структуре, хорошо обрабатываются давлением.

Алюминиевые латуни дополнительно легируют никелем, железом, марганцем, кремнием, обладающими переменной растворимостью в α-твердом растворе, что позволяет упрочнять эти латуни с помощью за-калки и старения.

Латунь ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 является единственным сплавом на основе системы Cu-Zn, который упрочняется дисперсионным тверде-нием. Температура закалки составляет 800оС, после проведения которой латунь имеет высокую пластичность, а после старения приобретает и высокую прочность (sв = 700 МПа, d = 25%). Хорошая пластичность в закаленном состоянии позволяет дополнительно упрочнять сплавы с по-мощью пластического деформирования перед старением, что обеспечи-вает повышение временного сопротивления до 1000 МПа.

Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью, пла-стичностью, вязкостью как при обычных, так и при низких температу-рах (до -183°С). При легировании латуней для получения однофазной структуры используют небольшие добавки кремния (ЛК80-3). Такие ла-туни применяют для изготовления арматуры, деталей приборов, в судо- и машиностроении.

4.5.3 Бронзы

4.5.3.1 Оловянные бронзы

Предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8%, но при концентрации олова более 10% в структуре бронз образуется δ-фаза, вызывающая резкое снижение их вязкости и пластичности. Поэтому практическое значение имеют бронзы, содержащие только до 10% Sn.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку, что позволяет получать сложные фасонные отливки. Двойные и низколегированные литейные бронзы содержат 10% Sn. Оло-вянные бронзы легируют Zn, Pb, P (БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 и др.). Цинк полностью растворяется в α-твердом растворе при легировании до 15% и, уменьшая интервал кристаллизации оловянных бронз, улучшает их жидкотекучесть и плотность отливок. Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает их жидкотекучесть, а износостойкость улучшается, благодаря появлению твердых включений фосфида меди Сu3Р.

Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением.

Деформируемые бронзы содержат до 6…8%Sn (БрОФ 4-2,5, БрОЦ 4-3 и др.). Для устранения дендритной ликвации и выравнивания химического состава, а также улучшения обрабатываемости давлением применяют диффузионный отжиг, который проводят при 700…750°С. При холодной пластической деформации бронзы подвергают промежуточным отжигам при 550…700°С. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные.

Деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.

4.5.3.2 Алюминиевые бронзы

Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, анти-коррозионными и антифрикционными свойствами. Их преимущества пе-ред оловянными бронзами заключаются в меньшей стоимости и более высоких механических и технологических свойствах. В частности, небольшой интервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку и хорошую герметичность отливок, малую склонность к дендритной ликвации.

Медь с алюминием образует α-твердый раствор. С увеличением содержания алюминия до 4,5 % наряду с прочностью и твердостью повышается пластичность, которая затем резко падает, а прочность продолжает расти при увеличении содержания алюминия до 10…11 %. С появлением при этих концентрациях эвтектоида, содержащего твердую и хрупкую фазы, повышается износостойкость и проявляются антифрикционные свойства.

Деформируемыми являются однофазные бронзы (БрА5, БрА7). Они обладают наилучшим сочетанием прочности (σв = 400...450 МПа) и пластичности (δ = 60%).

Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью (σв = 600 МПа) и твердостью (> 100 НВ). Их можно подвергать упрочняющей термической обработке.

Алюминиевые бронзы легируют железом, никелем, марганцем. В α-фазе алюминиевой бронзы растворяется до 4 % железа, при большем содержании образуются включения Al3Fe. Дополнительное легирование сплавов никелем и марганцем способствует появлению этих включений при меньшем содержании железа. Железо оказывает модифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность к охрупчиванию двухфазных бронз.

Наилучшей пластичностью алюминиево-железные бронзы (например, БрАЖ9-4) обладают после нормализации при 600…700°С или закалки от 950°С с последующим отпуском при 250…300°С.

Никель способствует дополнительному упрочнению бронз, легированных железом и никелем, вследствие старения. Например, в отожженном (мягком) состоянии БрАЖН10-4-4 твердость составляет 160 НВ. После закалки от 980°С и старения при 400°С в течение 2 ч твердость увеличивается до 400 НВ.

Из алюминиево-железоникелевых бронз изготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (400…500°С): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др.

Высокими механическими, антикоррозионными и технологическими свойствами обладают алюминиево-железные бронзы, легированные вместо никеля более дешевым марганцем (БрАЖМц10-3-1,5).

4.5.3.3 Кремнистые бронзы

Кремнистые бронзы содержат до 3% Si и имеют однофазную структуру α-твердого раствора. Однофазная структура твердого раствора обеспечивает кремнистым бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением. При увеличении содержания кремния более 3% в структуре сплавов появляется твердая и хрупкая γ-фаза, что снижает их пластичность.

Добавки марганца и никеля повышают прочность и твердость кремнистых бронз. Никель, обладая переменной растворимостью в α-фазе, создает возможность для упрочнения никель-кремнистых бронз проведением закалки и старения. После закалки от 800°С и старения при 500°С БрКН-1-3 и БрКН-0,5-2 имеют σв > 700 МПа, δ ≈ 8 %.

Кремнистые бронзы выпускают в виде лент, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМцЗ-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других дета-лей приборов, работающих в пресной и морской воде.

Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней. Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз

4.5.3.4 Бериллиевые бронзы

Бериллиевые бронзы характеризуются высокими пределами прочности и упругости, твердостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости. Двойные бериллиевые бронзы содержат в среднем 2,0…2,5% Be (БрБ2, БрБ2,5), поскольку при большем содержании бериллия пластичность становится очень низкой.

Бериллий обладает переменной растворимостью в меди, которая уменьшается при снижении температуры, что дает возможность прово-дить упрочнение, заключающееся в закалке от 780…800оС и последую-щем старении при 325оС. Наиболее распространенная бериллиевая бронза БрБ2 после закалки с 780°С и старения при 300…350 °С в тече-ние 2 ч имеет следующие механические свойства: σв = 1250 МПа, σ0,2 = 1000 МПа, δ = 2,5 %, твердость 700 НВ, Е = 133 ГПа. Пластическая де-формация закаленной бронзы и последующее старение позволяют уве-личить временное сопротивление до 1400 МПа.

Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температурах до 310…340°С. При 500°С они имеют приблизительно такое же временное сопротивление, как оловянно-фосфористые и алюминиевые бронзы при комнатной температуре.

Бериллиевые бронзы обладают высокой теплопроводностью и электрической проводимостью. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой, однако широкий темпера-турный интервал кристаллизации затрудняет их дуговую сварку.

Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки и других деформированных полуфабрикатов. Вместе с тем из них можно получить качественные фасонные отливки. Из берил-лиевых бронз изготовляют детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (плоские пружины, пружинные контакты, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червяч-ные передачи); подшипники, работающие при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных температурах.

Бериллиевую бронзу применяют для изготовления инструмента, не образующего искру при ударе о металл или камень, что позволяет использовать его при взрывоопасных горных работах.

Основным недостатком бериллиевых бронз является их высокая стоимость. Легирование Mg, Ni, Ti, Co позволяет уменьшить содержание бериллия до 1,7…1,9% без заметного снижения механических свойств (БрБНТ1,7 и др.).

5 Неметаллические конструкционные материалы

5.1 Пластические массы

Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ.

В качестве связующих для большинства пластмасс используют синтетические смолы. Связующее может быть и единственным компонентом, как, например, в полиэтиленах, органических стеклах и др.

Другим важным компонентом является наполнитель, придающий материалу те или иные специфические свойства. По виду наполнителя пластмассы делят на порошковые, волокнистые, слоистые и газонаполненные.

Для повышения эластичности и облегчения обработки в пластмассы добавляют пластификаторы.

Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопласты при повышении температуры становятся пластичными, а после охлаждения вновь затвердевают, приобретая первоначальные свойства. Никаких необратимых химических превращений в процессе нагрева и охлаждения термопласты не претерпевают. Термореактивные полимеры при нагреве размягчаются, затем вследствие протекания химических реакций затвердевают и в дальнейшем остаются в твердом состоянии, которое является термостабильным.

Особенностями пластмасс являются малая плотность и низкая теплопроводность. Они обладают хорошими электро-, тепло, звукоизоляционными свойствами. Это определяет использование пластмасс как специальных материалов.

Механические свойства пластмасс значительно ниже, чем у метал-лических материалов, они подвержены старению, а при длительном пре-бывании под нагрузкой возможны проявления ползучести. Эти обстоя-тельства не позволяют использовать пластмассы для изготовления ответ-ственных, нагруженных деталей. В то же время высокие антифрикцион-ные и фрикционные, а также виброгасящие свойства, определяемые ма-лым модулем упругости, дают возможность для их применения в ответ-ственных узлах, определяющих работоспособность оборудования.

В качестве антифрикционных материалов используются как термо-реактивные (текстолит и ДСП), так и термопластичные (капрон, фторо-пласт) пластмассы. Отличительными особенностями этих материалов яв-ляется то, что их работоспособность не ухудшается при отсутствии смазки, а также при попадании воды в зону трения. К тому же износ стального вала, работающего в капроновых подшипниках, значительно меньше, чем в бронзовых или баббитовых подшипниках.

Вместе с тем следует отметить, что применение антифрикционных пластиков ограничено. Они работоспособны лишь в малонагруженных узлах трения, т. е. при небольших давлениях (из-за низких механических свойств) и невысоких скоростях (при эксплуатации температура не должна превышать 80°С).

Наиболее высокими антфрикционными свойствами обладает фторопласт-4. Коэффициент трения в парах со сталью и чугуном у фторопласта в несколько раз ниже, чем у бронз.

Фторопласт, капрон и ряд других полимерных материалов приме-няют для изготовления подшипников скольжения. Применяются также комбинированные металлопластиковые подшипники, выдерживающие большие нагрузки.

В качестве фрикционных материалов для тормозных устройств и фрикционных муфт сцепления наиболее широкое применение нашли фрикционные асбополимерные материалы (ФАПМ), так называемые «феродо». Для изготовления ФАПМ используют каучуковое, смоляное и комбинированное связующие. Асбест используют в виде ткани, картона, асбестовой массы. ФАПМ на каучуковом связующем (ЭМ-1, ЭМ-2) – мягкие эластичные, допускающие гибку с различными радиусами. Эти материалы не обладают высокой термостойкостью, температура эксплуатации не выше 200°С.

Наиболее высокой термостойкостью обладают ФАПМ марок Рети-накс-А и Ретинакс-Б, которые допускают кратковременные нагревы до 1000 и 700°С, соответственно, и длительно работают при нагреве поверхности до 300оС. Ретинакс-А формуется из асбосмоляного материала, армированного латунной проволокой, а Ретинакс-Б не армируется проволокой.

Основное применение ФАПМ – сменные накладки. Для увеличения срока службы узлов трения материалы пар трения и их твердость следует выбирать так, чтобы обеспечивался малый износ металлических контртел, а не сменных накладок. Твердость различных ФАПМ колеблется в пределах 15-48НВ.

5.2 Стекло

Структура стекла является промежуточной между структурами твердого кристаллического вещества и жидкости. В отличие от кристаллических веществ стекла находятся в некристаллическом – аморфном (стеклообразном) состоянии. От жидкости с ее неупорядоченным расположением атомов стекла отличает наличие ближнего порядка атомного расположения, но дальний порядок (периодичность) в стеклах отсутствует. При температуре стеклования жидкость переходит в стеклообразное состояние, приобретая хрупкость.

Стеклообразное состояние является неравновесным. Оно возникает только при быстром охлаждении в интервале температур кристаллизации, вследствие чего процесс кристаллизации подавляется. При длительной выдержке, достаточной для достижения равновесного состояния, вещество будет иметь кристаллическое строение. Стекла в силу неравновесности структуры имеют склонность к расстекловыванию, т. е. к изменению аморфной структуры на кристаллическую.

5.2.1 Строение и состав неорганических стекол

Вещества, образующие стекло (стеклообразующие) – это оксиды кремния, бора и фосфора. Они обладают очень высокой вязкостью в жидком состоянии, препятствующей образованию кристаллической решетки.

Производство (варка) стекла осуществляется в стекловаренных пе-чах при температуре 1300…2100оС, летучие вещества (Н2О, СО2, SO3) при этом удаляются, а стеклообразующие при охлаждении застывают в стекломассу.

Основным компонентом силикатных неорганических стекол (их доля в производстве стекла преобладающая) является оксид кремния. В состав неорганического стекла помимо основного стеклообразующего оксида могут входить и оксиды других элементов. Оксиды щелочных (Na2O, K2O) и щелочноземельных (MgO, СаО) металлов являются модификаторами. Так, при добавлении к кремнезему 15% Na2O и 10% СаО снижается температура размягчения (выше этой температуры стекло заметно течет под действием собственного веса) с 1600 до 700 °С.

К промежуточным компонентам относятся оксиды, которые само-стоятельно, в чистом виде, не могут образовывать каркас стекла, но могут частично замещать стеклообразующие оксиды, меняя структуру стекла и придавая ему нужные свойства. К ним относятся оксиды алюминия, железа, свинца, бериллия и др.

Стекла классифицируют по материалу стеклообразующего вещества и содержанию модификаторов. По материалу стеклообразующего стекла подразделяют на силикатные (SiO2), алюмосиликатные (А12О3-SiO2), алюмоборосиликатные (А12О3-В2О3-SiO2) и др.

По содержанию модификаторов стекла делятся на щелочные (до 15% Na2O, K2O, СаО), бесщелочные (с содержанием щелочных модификаторов менее 5%) и кварцевые (модификатор отсутствует, 99,5% SiO2).

Технологичность стекла в переработке определяется температурами размягчения и перехода в жидкое состояние. Чем ниже эти температуры, тем стекло технологичнее.

Плотность стекла в зависимости от состава изменяется в пределах 2,2…6,5 г/см3, а при наличии тяжелых окислов свинца и бария – до 8,0 г/смЗ.

Наиболее важными для стекол являются оптические свойства. Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90%, отражает примерно 8% и поглощает около 1% видимого и частично инфракрасного света, ультрафиолетовое излучение поглощается практически полностью.

Наиболее широкую полосу электромагнитных волн пропускает кварцевое стекло – от жестких ультрафиолетовых (λ = 160 нм) до инфра-красных (λ = 5,0 мкм). Стекла, легированные редкоземельными элементами, задерживают ультрафиолетовое излучение.

Стекло, легированное легкими элементами (В, Be, Li), пропускает рентгеновское излучение, а при легировании тяжелыми (РЬ) – задерживает. Стекла, содержащие железо и фосфаты, задерживают тепловое, т. е. инфракрасное излучение.

Введение оксидов некоторых металлов делает стекло цветным. При введении NiO цвет красный, GeO, UO3 – желтый, Сг2О3 – зеленый, СиО – синий, МпО – коричневый и фиолетовый.

Теплопроводность стекла низкая – в пределах 0,7-1,5 Вт/(м•К), что определяет его хорошие теплоизолирующие свойства.

Химическая стойкость стекол в кислых средах высокая. Раствори-мость составляет 0,01…0,1%; исключение – фосфорная (Н2РО3) и плавиковая (HF) кислоты, которые полностью растворяют стекло. В щелочных средах стойкость снижается, растворимость составляет 0,5…2%. Меньшей химической стойкостью обладают щелочные стекла.

Механические свойства стекла. При комнатной температуре модуль упругости стекла равен примерно 70 ГПа (примерно, как у алюминиевых сплавов), твердость не превышает 750 HV (ниже твердости закаленной инструментальной стали).

Прочность стекла, как и всех других материалов, зависит от условий нагружения. Стекло может вести себя как абсолютно упругое, вязкое или вязкоупругое вещество. При комнатных температурах и непродолжительных нагрузках, превышающих предел прочности, стекло бьется, т. е. разрушается хрупко, без пластической деформации. Это обусловлено тем, что стекло не может в этих условиях пластически деформироваться, поэтому появление трещины ведет к мгновенному разрушению из-за ее очень быстрого распространения. В связи с этим важное значение приобретает состояние поверхности стекла – наличие царапин, микротрещин и других дефектов, которые являются концентраторами напряжений, резко снижают прочность. Большую прочность имеют кварцевые и бесщелочные стекла, меньшую – щелочные, что обусловлено их структурой (разорванная сетка – каркас). Предел прочности стекол при сжатии высок, он составляет 500…2000 МПа. При температурах 400…600 °С вязкость стекла уменьшается, упругая деформация практически отсутствует, и стекло ведет себя как вязкая жидкость.

Стекла подвержены статической усталости. Она проявляется в потере прочности при длительных нагружениях в условиях постоянной нагрузки (усталость металлов наблюдается при переменных нагрузках). Статическая усталость связана с воздействием на поверхность стекла атмосферы (пары воды), при испытаниях в вакууме этот эффект крайне мал.