ERHARD BREPOHL



45W8687

20
Эмаль как материал жается к коэффициенту термического расширения металлов. Но при этом, как показывает практика, должно быть соб- л юд ено след ующее условие.
Термическое расширение эмали не должно быть выше термического расширения металла.
Также нежелательно, если обе величины будут одинаковы. Для прочного сцепления эмали с металлом необходимо, чтобы коэффициент линейного расширения эмали был несколько меньше, чем у металла. Благодаря этому она находится под небольшим сжимающим напряжением.
Установлено, что при обжиге вследствие попадания частиц металла и окислов металлов в эмаль на границе эмаль — металл термическое расширение эмали приближается к расширению металла.
2.6.5. Термические напряжения
Эмалирование представляет собой процесс соединения двух материалов с различными свойствами. И несмотря на то, что температурные коэффициенты расширения обоих материалов близки по значению и в зоне соединения эмали с
Рис. 6. Термическое расширение эмали и металла: а— исходное состояние образца при комнатной температуре (эмаль в виде порошка); б—расширение при температуре плавления; в—окончательное состояние после обжига а)
Эмаль ~7
Металл f <- / / к k $ i -^-
Змалъ
Металл / ' / ' / I м
5) V,
М=1е-1'э
Змаль V,
7 еталм / / г /
М=1'м-1ц i: м металлом сближаются еще больше, возникновение механических напряжений при нагревании неизбежно. На рис. 6 схематично показан данный процесс. При нагреве в печи от комнатной температуры до температуры обжига оба материала расширяются, причем- металл расширяется больше, чем эмаль. При температуре обжига эмаль в расплавленном состоянии смачивает поверхность металла, и два различных материала соединяются в одно целое. Эмаль и металл при обжиге расширяются, причем на исходном образце длиной /о эмаль удлиняется на /э, а металл — на /м.
После выгрузки из муфеля система эмаль — металл при охлаждении сжимается. Прочное соединение и сцепление препятствуют обоим материалам вновь принять первоначальный размер /о-
Металл, удлинившийся больше, из-за присоединенной эмали может принять только лишь длину /' м; эмаль, удлинившаяся при нагреве меньше, из-за уменьшения размеров металлической подложки сжимается до величины Г3.
Благодаря тому, что оба материала взаимно препятствуют принятию первоначального размера /0, возникают усилия деформации, стремящиеся восстановить состояние равновесия. На рис. 7 показаны эпюры напряжений, возникающих из- за различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов.
Эмаль находится под небольшим напряжением сжатия (а э и а'э), что не только способствует более прочному сцеплению эмали с металлом, но и ока- з ывает положительное действие на ее механические свойства. Здесь можно провести аналогию с закаленным автомобильным стеклом, которое после соответствующей обработки находится под напряжением сжатия. Благодаря своей относительно высокой прочности при сжатии эмаль, не разрушаясь, может воспринимать значительные нагрузки.
Возникающие вследствие этого в металле напряжения растяжения а м и а'м не оказывают вредного воздействия на такой пластичный материал, как металл.
Кроме этих нормальных напряжений, действующих перпендикулярно плоскости сечения, параллельно поверхности сцепления действуют касательные напряжения сдвига тм и т'м, которые являются причиной того, что и в поперечном на-
Свойства эмали / 1 Y^>. ^Г^
Эмаль ^ ¦^f?>& JS?>W / | lllf 1 <7^ /
1 / / Л
Металл р^ \^ i ^ /
1 J<
1 /^ ^ U-"
Ш ^
1 1 ^5 S \ ^-^ \
Напряжение
Напряжение
Напряжение сжатия растяжения сд8ига i ^w^!*r *? ?>а И \ ^v- \ правлении протекают те же процессы удлинения и усадки, и в материале остаются напряжения также и в данном направлении.
Только в направлении, перпендикулярном к плоскости сцепления, почти не существует напряжений растяжения и сжатия, и этими силами можно пренебречь. Напряжения сдвига в композиционной системе эмаль — металл в площади поперечного сечения не постоянны: в плоскости сцепления они имеют наибольшее значение и уменьшаются к краевым зонам.
При последующей обработке и эксплуатации изделия возникают дополнительные силы и связанные с ними нагрузки и напряжения, действующие на покрытое эмалью изделие. Вследствие этого возникают дополнительные напряжения, которые накладываются на уже существующие термические напряжения, что может привести к превышению допустимых прочностных нагрузок, из-за чего эмаль растрескивается или скалывается. Всегда следует помнить о высокой чувствительности хрупкого стекла к напряжениям изгиба и растяжения.
2.6.6. Плотность
Под этим термином понимают отношение массы к объему тела, выраженное в г/см . Для сравнения приведем средние
Рис. 7. Напряжения в комбинированном материале эмаль — металл после обжига значения плотности р, г/см , стекла и эмалей:
Обычные технические стекла (в зависимости от состава) 2,0—6,0
Обычная бессвинцовая эмаль 2,5—2,6
Глушеная, сильно пористая эмаль Не менее
2,3
Свинцовая эмаль До 5,0
2.6.7. Прочность при сжатии
Для испытания эмали на сжатие используется плоский образец, который подвергается нагрузке сжатия до разрушения. Усилие сжатия, при котором образец разрушается, отнесенное к его площади, соответствует пределу прочности при сжатии и измеряется в МПа.
Обычные технические стекла 80—1000
Кварцевое стекло Около 2000
Из-за находящихся в материале газов, раковин, нерастворенных компонентов значения предела прочности при сжатии у эмалей несколько ниже, чем у обычных стекол, но, с другой стороны, эта характеристика может повышаться благодаря соединению с металлической подложкой.