Обработка и хрупкость

Хим состав и хрупкость

Температура и хрупкость

Материал можно вывести из хрупкого состояния, изменив внешние условия. Например, хрупкое при обычных условиях стекло становится пластичным при нагревании. Другие материалы, будучи пластичными при обычных условиях, становятся хрупкими при понижении температуры. Так, резина при охлаждении становится хрупкой и легко разбивается. Таким образом, одни и те же материалы при разных условиях могут находиться или в хрупком, или в пластичном состоянии. С повышением температуры предел прочности при ударе возрастает. Этим пользуются при формовке и обработке стекла, при изготовлении из него разных деталей и приборов. Различные сорта стекла при этом требуется нагреть до разной температуры.

В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Они практически не способны к пластической деформации и после области упругих по достижении предельной нагрузки сразу разрушаются.

Хрупкость стекла обусловлена поверхностным натяжением в молекулярных решетках. Стекла имеют определенный предел прочности. При критическом воздействии, кристаллическая решетка не выдерживает нагрузок, и междумолекулярные связи рушатся. Стекло трескается или разбивается на острые, опасные для человека осколки, которые имеют режущие торцы и способны повреждать белее мягкие материи.

Изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Из компонентов стекла в наибольшей степени повышает предел прочности при ударе В2О3; увеличение содержания МgО, SiO2, Аl2О3 уменьшает хрупкость на 5-20%. Остальные оксиды мало влияют на хрупкость стекол. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу.

Хрупкость увеличивается, если стекло неоднородно по составу или толщине, если в нем имеются вкрапления инородных тел, пузырьков воздуха, если поверхность его поцарапана. Хрупкое разрушение стекла под действием напряжений начинается с поверхности, вследствие образования и роста микротрещин. Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.

Предел прочности при ударе закаленных стекол в 5-7 раз выше, чем отожженных.

Большая хрупкость стекла весьма ограничивает его применение.
Армирование, вопреки распространенному мнению, ослабляет стекло, делает его более хрупким по сравнению с таким же монолитным стеклом.

Предел прочности стекла при растяжении в 15-20 раз меньше предела прочности при сжатии и составляет 35-100 МПа в зависимости от состава и состояния поверхности.

Теоретическая прочность стекла при растяжении— (10…12) х х 10 МПа. Практически же эта величина ниже в 200…300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков.

Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное волокно. У стекловолокна диаметром 1…10 мкм прочность при растяжении 300…500 МПа, т. е. почти в 10 раз выше, чем у листового стекла. Сильно снижают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка стекла алмазом.

Дата добавления: 2014-01-07