CC BY
89
Механика деформируемого твердого тела Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (4), с. 1459-1460
УДК 621.791:519.63
ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ СТЕКЛА С49-1 С МЕТАЛЛОМ СТ3СП НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕКЛА
© 2011 г. Е.А. Гридасова
Дальневосточный государственный технический университет им. В.В. Куйбышева, Владивосток
Поступила в редакцию 15.06.2011
Исследуется возможность упрочнения стекла при диффузионной сварке его с металлом, приведены основные механические характеристики полученного материала при проведении механических испытаний.
Ключевые слова: диффузионная сварка, стекло, упрочнение.
При различных видах деформации стекло ведет себя по-разному, обладая сравнительно высокой прочностью при сжатии и низкой — при ударе. Недостаточная механическая прочность и хрупкость стекла ограничивают более широкое применение его в качестве конструкционного и строительного материала. Из механических свойств стекол прочность их на растяжение—сжатие является одним их важнейших. Прочность стекол при сжатии значительно выше, чем при растяжении, и составляет 500—1250 МПа, то есть при работе на сжатие стекло может конкурировать с металлом, предел прочности стекла при растяжении меньше, чем у металлов, и составляет 30—50 МПа. В то же время расчетный теоретический предел прочности стекла превышает фактический и составляет 12 ГПа при растяжении. Связанно это с тем, что прочность стекла в значительной степени зависит от состояния его поверхности, микродефекты на поверхности образца создают при растяжении расклинивающие усилия, облегчающие разрыв и снижающие таким образом величину прочности. Разработкам технологий, устраняющих поверхностные микродефекты в стекле, посвящены многие работы, патенты, в том числе [1].
Исследуется вопрос о возможности повышения прочности стекла при диффузионной сварке его с металлом. Способ диффузионной сварки на современной стадии развития позволяет решить ряд сложных технических проблем, создать новые образцы современной техники, новые сложные и точные конструкции приборов и изделий различного назначения. В то же время диффузионное соединение является экономически эффективным технологическим процессом. Он не требует дорогостоящих припоев, специальной сварочной проволоки и электродов. В большинстве
случаев отпадает необходимость в последующей механической обработке, отсутствуют дополнительные потери металла, вес конструкции не увеличивается, снижаются эксплуатационные расходы. Способ диффузионного соединения обеспечивает высокое качество изделий, повышает их надежность, позволяет увеличить ресурс работы. Обычно диффузионная сварка стекла с металлом применяется для соединения элементов простой формы в сложные конструкции и не рассматривается как технологический процесс, упрочняющий стекло, поскольку в процессе сварки стекла с металлом в диффузионной зоне образуется промежуточный слой и его влияние на прочно стные характеристики стекла не определено однозначно.
В [2] был описан технологический режим сварки углеродистой стали марки СтЗсп и химико-лабораторного стекла С49-1 (3С-5№), который позволяет получить качественное соединение. Для проведения механических испытаний были изготовлены образцы двух видов в соответствии с руководствами по механическим испытаниям [3, 4]. Испытания на растяжение и сжатие проводились на образцах цилиндрической формы, размеры которых определялись стандартами, предъявляемыми к определенному виду испытаний. Механические характеристики, полученные в результате испытаний, представлены в табл. 1, 2.
В процессе испытания с помощью компьютерного оснащения разрывной машины «Универсальная испытательная машина иН-1000 к№> строится графическая зависимость (рис. 1: а — испытание на растяжение, б —испытание на сжатие) между действующей на образец растягивающей (сжимающей) нагрузкой Е (кН) и вызванным этой нагрузкой абсолютным удлинением (укорочением) образца А/ (мм).
1460
Е.А. Гридасова
Таблица 1
Испытания на растяжение
№ образца Размер образцов (d0 x /0), мм Марка стекол и стали F 1 УР' кН Fв, кН Н/мм2 Ов, Н/мм2
1 10x100 СтЗсп 18.2 29 232 369
2 10x100 С49-1 (3С5№)-Ст3сп - 9.49 - 120.8
Испытания на сжатие Таблица 2
№ образца Размер образцов (d0 x /0), мм Марка стекол и стали F УР кН Fв, кН Н/мм2 Ов, Н/мм2
1 10 x30 Ст3 сп 21.5 - 273 -
2 10 x30 С49-1 (3С5№)-Ст3сп - 43.7 - 556.2
F, кН
28 - Ь ч ч \
24 / / S \ 1 \
20 : V \с
16 t - 1 1 - 1 1 ' ур Fmax
12 - 1 . 1 1 Ь
8 4 1 ^ ■ 1 х // " у Fmax
F, кН 40
0 4 8 12 16 20 24 28 Д/, мм а)
Для того чтобы можно было сравнивать результаты испытаний образцов материалов, программа автоматически выдает расчетные искомые механические характеристики (см. табл. 1, 2): предел пропорциональности сда (Н/мм2) и условный предел прочности св (Н/мм2). Точки А, Б, С на рисунке соответствуют значениям ^ур, Fmю,, представленным в табл. 1, 2.
В результате проведенных исследований установлено, что предел прочности при растяжении упрочненных образцов в пять раз превышает предел прочности не закаленных стекол и лежит в интервале пределов прочности для закаленных стекол различных составов.
Вероятно, при тщательной технологической отработке рассмотренного приема упрочнения
Рис. 1
0 0,5 1,0 1,5 2,0 Д/, мм б)
стекла металлом удастся достигнуть успешного изготовления массивных изделий на базе стекла, которые могут быть использованы в конструкциях ответственного назначения.
Список литературы
1. Патент РФ № 2337036. Способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата / В.В. Пикуль. 2008. Бюлл. № 30.
2. Любимова О.Н., Гридасова Е.А // Сварка и диагностика: Науч.-технич. и производств. журнал по сварке, контролю и диагностике. 2010. №6. С. 39-43.
3. ГОСТ 1497-84. Методы испытаний на растяжение.
4. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие.
THE EFFECT OF DIFFUSION BONDING OF C49-1 GLASS WITH CT3Cn METAL ON THE STRENGTH OF GLASS
E.A. Gridasova
The possibility of increasing the strength of the glass during diffusion bonding of the metal is investigated. The basic mechanical properties of the material obtained as a result of mechanical testing are presented.
Keywords: diffusion bonding, glass, fortification.
