Дослідження динаміки утворення напруг в склі при термічному зміцненні

Автор(и)

  • Vladyslav Shcherban Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-7233-4267
  • Nataliya Zhdanyuk Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-3771-5045
  • Mykola Plemyannikov Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4756-3540

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.220535

Ключові слова:

листове флоат-скло, термічне зміцнення, епюра напружень, міцність на вигин.

Анотація

Об’єктом дослідження є межа міцності на вигин листового флоат-скла товщиною 4 мм. У роботі підтверджено, що основним чинником, який впливає на підвищення міцності скла, є динаміка утворення напруг у поверхневому та внутрішньому шарах скла. Стрімке охолодження листового флоат-скла потоком повітря протягом 8–10 с із швидкістю 25 °С/с приводить до появи у склі середнього температурного перепаду в поверхневій зоні 30 °С/мм. Встановлено, що під час термічного зміцнення при значеннях температури, що перевищують межу температури склування, відбувається стрибкоподібне підвищення міцності скла на вигин. Порівняльний аналіз результатів виміру міцності скла на вигин листового флоат-скла та термічно зміцненого скла свідчить про те, що цей показник суттєво покращується. Статистичний аналіз результатів показує, що розкид значень міцності на вигин відпаленого скла припадає на інтервал 30–50 МПа, а найбільш імовірне значення складає 40 МПа. У той же час, розкид значень міцності на згин термічно зміцненого скла знаходиться в інтервалі 100–160 МПа та складає 135 МПа. У роботі доведено, що термічне зміцнення листового флоат-скла підвищує показники його міцності на згин приблизно у 3,5 рази. Також вивчено особливості зміни вигляду епюри гартувальних напружень у часі: термічне зміцнення обумовлює більш пологий хід кривої залишкових напруг у порівнянні з гартуванням. При цьому координата критичного напруження розтягу σкрит може перебувати на нижній поверхні скла, що обумовить можливість його руйнування при менших навантаженнях у порівнянні з гартуванням, але механізм руйнування буде ідентичний як для відпаленого скла. При цьому механізм руйнування буде приблизно такий же, як у випадку відпаленого скла, але його фактична міцність буде вищою в 2–3 рази.

Біографії авторів

Vladyslav Shcherban, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Nataliya Zhdanyuk, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, асистент

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Mykola Plemyannikov, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент, професор

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Посилання

  1. Pisano, G., Carfagni, G. R. (2017). A micromechanical derivation of the macroscopic strength statistics for pristine or corroded/abraded float glass. Journal of the European Ceramic Society, 37 (13), 4197–4206. doi: http://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.04.046
  2. Koike, A., Akiba, S., Sakagami, T., Hayashi, K., Ito, S. (2012). Difference of cracking behavior due to Vickers indentation between physically and chemically tempered glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 358 (24), 3438–3444. doi: http://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2012.02.020
  3. Li, X., Jiang, L., Wang, Y., Mohagheghian, I., Dear, J. P., Li, L., Yan, Y. (2017). Correlation between K+-Na+ diffusion coefficient and flexural strength of chemically tempered aluminosilicate glass. Journal of Non-Crystalline Solids, 471, 72–81. doi: http://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.05.011
  4. Guerette, M., Ackerson, M. R., Thomas, J., Yuan, F., Bruce Watson, E., Walker, D., Huang, L. (2015). Structure and Properties of Silica Glass Densified in Cold Compression and Hot Compression. Scientific Reports, 5 (1). doi: http://doi.org/10.1038/srep15343
  5. Nyounguè, A., Bouzid, S., Dossou, E., Azari, Z. (2016). Fracture characterisation of float glass under static and dynamic loading. Journal of Asian Ceramic Societies, 4 (4), 371–380. doi: http://doi.org/10.1016/j.jascer.2016.07.004
  6. Uaiett, O., Diu-Khiuz, D.; Liubova, B. Iu. (Ed.) (1979). Metally, keramiki, polimery Vvedenie k izucheniiu i struktury i svoistv tekhnicheskikh materialov. Moscow: Atomizdat, 580.
  7. Sundberg, P., Grund Bäck, L., Orman, R., Booth, J., Karlsson, S. (2019). Simultaneous chemical vapor deposition and thermal strengthening of glass. Thin Solid Films, 669, 487–493. doi: http://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.11.028
  8. Sheth, N., Hahn, S. H., Ngo, D., Howzen, A., Bermejo, R., van Duin, A. C. T. et. al. (2020). Influence of acid leaching surface treatment on indentation cracking of soda lime silicate glass. Journal of Non-Crystalline Solids, 543. doi: http://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120144
  9. Wang, Z., Guan, T., Ren, T., Wang, H., Suo, T., Li, Y. et. al. (2020). Effect of normal scratch load and HF etching on the mechanical behavior of annealed and chemically strengthened aluminosilicate glass. Ceramics International, 46 (4), 4813–4823. doi: http://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.10.214
  10. Ballarini, R., Pisano, G., Royer Carfagni, G. (2016). New calibration of partial material factors for the structural design of float glass. Comparison of bounded and unbounded statistics for glass strength. Construction and Building Materials, 121, 69–80. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.136
  11. Plemiannikov, M. M., Krupa, A. A. (2000). Khimiia ta teplofizyka skla. Kyiv: NTUU «KPI», 560.
  12. Chumak, V. L., Ivanov, S. V., Maksymiuk, M. R. (2012). Osnovy naukovykh doslidzhen. Kyiv: NAU-druk, 360.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-30

Як цитувати

Shcherban, V., Zhdanyuk, N., & Plemyannikov, M. (2020). Дослідження динаміки утворення напруг в склі при термічному зміцненні. Technology Audit and Production Reserves, 6(1(56), 45–48. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.220535

Номер

Том 6 № 1(56) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Звіт про науково-дослідні роботи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Vladyslav Shcherban, Nataliya Zhdanyuk, Mykola Plemyannikov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.