ОТЖИГ И ЗАКАЛКА СТЕКЛА

В процессе охлаждения после формования стекло становится хрупким при температуре 550—570 °С. При охлаждении оно разрушается из-за значительных термоупругих напряжений, неравномерного остывания поверхностных и внутренних слоев.

Термоупругие напряжения в стекле могут быть временными, исчезающими при выравнивании температуры изделия, и остаточными, сохраняющимися в стекле при относительно быстром переходе его из пластического состояния в хрупкое. Чем меньше толщина изделий и скорость их охлаждения в период такого перехода, тем меньше остаточные напряжения.

Термическую обработку стекла с целью устранения или уменьшения остаточных напряжений называют отжигом.

С увеличением температуры отжига и уменьшением вязкости стекла скорость снятия остаточных напряжений возрастает, однако при значительном повышении температуры может произойти деформация изделий. Отжиг стеклоизделий производят в определенном температурном интервале, при этом максимальная верхняя температура должна быть на 20—50 °С ниже температуры размягчения стекла, а минимальная нижняя температура на 50— 100 °С (в ряде случаев 150 °С) ниже верхней. Для обычных стекол интервал отжига составляет 530—470°С. Допустимая величина остаточных термоупругих напряжений для каждого вида изделий определяется опытным путем. Для обычных промышленных стекол величина остаточных растягивающих напряжений допускается 3,5 МПа (5% от разрушающей нагрузки).

Отжиг изделий осуществляют по определенному режиму: нагревание остывшего изделия (или охлаждение отформованного изделия) до верхней температуры отжига со скоростью v= (20/а2) — (30/а2), °С/мин, где а —полутолщина листа, см; выдержка при этой температуре в течение времени, пропорционального квадрату полутолщины изделия т=70а2—120 а2; медленное охлаждение до нижней температуры отжига с предельной скоростью охлаждения 10/а2, °С/мин, и быстрое охлаждение до температуры 20 — 50°С со скоростью и= (Ю/а2) — (15а2),°С/мин.

Отжиг ленты стекла при вертикальном вытягивании в машинах ВВС и БВВС (безлодочных) происходит непосредственно в шахте машины при замедленной скорости охлаждения в интервале 530—400 °С. Для снижения скорости охлаждения стекла в зоне отжига нижние секции шахты обычно футеруют листовым асбестом. Отжиг происходит в течение 4—8 мин. Отжиг стекла, получаемого способами непрерывного проката, горизонтального вытягивания и флоат-процесса, осуществляют в роликовых отжигательных печах-лерах длиной до 160 м с газовым или электрическим обогревом.

Для повышения прочности некоторых видов стекол применяют их закалку — термическую обработку, сопровождающуюся созданием в стекле значительных постоянных внутренних напряжений: сжимающих в наружных слоях и растягивающих во внутренних.

Прочность и термостойкость закаленного стекла в несколько раз выше, чем обожженного. Это объясняется возникновением в поверхностных слоях стекла напряжений сжатия. В процессе эксплуатации таких стекол и появления растягивающих напряжений в поверхностных слоях происходит их компенсация искусственно созданными закалкой напряжениями сжатия. Предел прочности закаленных стекол при изгибе достигает 230—270 МПа. Плоское закаленное стекло толщиной более 5 мм выдерживает удар свободно падающего стального шара массой 800 г при падении с высоты 1,2 м. При разрушении закаленное стекло распадается на кусочки с тупыми нережущимп краями, что повышает его безопасность. Однако закаленное стекло нельзя подвергать механической обработке (сверлению, разрезке), так как при этом нарушается поверхностный сжатый слой, что может привести к полному разрушению всего изделия.

Закалку стекла осуществляют путем нагрева до температуры, при которой оно теряет свои хрупкие свойства (630—650°С—для листового стекла), с последующим быстрым и равномерным охлаждением мощными потоками холодного воздуха в течение 2,5—3 мин. Для закалки применяют электрические печи с автоматическим регулированием температурного режима с последующим охлаждением стекла в обдувочных камерах либо специальные автоматические линии для закалки стеклоизделии.