Obraz1
2 (2)

248 10. Umocnienie materiałów 10.2. Materiały kruche 249

248 10. Umocnienie materiałów 10.2. Materiały kruche 249

nych w ciągliwej osnowie metalicznej. Ciągliwość osnowy umożliwia jejTT^ mikroodkształcenia w miejscach spiętrzenia naprężeń, ograniczając w ten °*^allle tworzenie się mikropęknięć powiększa wytrzymałość.    ^sp°sób

Powiększenie wytrzymałości na rozciąganie materiałów ceramicznych i cer wymienionymi sposobami nie wyeliminowało jednak całkowicie wrażliwo’¹^¹' działanie karbu, tzn. kruchego pękania na lokalnych defektach lub wadach* °^a wierzchniowych wyrobów.    " Po-

Powiększenie wytrzymałości na rozciąganie szkła wykorzystuje druea ₇ „ nionych podstaw.    ⁵⁴    ^e-

Szkło jest materiałem o bardzo małej wytrzymałości na rozciąganie r 30 MPa, praktycznie niezależnej od składu chemicznego. Natomiast wytrzymał -na ściskanie szkła jest ok. 20 razy większa. Głównym powodem tak _m°r wytrzymałości na rozciąganie są powierzchniowe pęknięcia działające jako karb^ tzn. koncentratory naprężeń. Ponieważ kruchość szkła wyklucza odkształceni plastyczne, duże naprężenie szczytowe w czołowym punkcie karbu powoduje szybki rozrost pęknięcia. Podpowierzchniowe pęknięcia szkła powstają samorzutnie pod wpływem wilgoci atmosferycznej, co potwierdza wyraźne zmniejszanie się wytrzymałości na rozciąganie włókien szklanych w miarę upływu czasu składowania.

Do umocnienia szkła wykorzystuje się głównie drugą z wymienionych zasad - wytworzenie w materiale wstępnych naprężeń ściskających, umożliwiających przenoszenie odpowiednio większych naprężeń rozciągających. Umocnienie szkła realizuje się kilkoma sposobami.

licu towanie termiczne polega na nagrzewaniu wyrobów do temperatury bliskiej temperatury mięknięcia szkła (ok. 650^VC) i szybkim chłodzeniu sprężonym powietrzem lub natryskiem wody. \yarstwa powierzchniowa, stygnąca szybciej od rdzenia, w tych warunkach nie może ulec skurczeniu się, lecz pod działaniem rdzenia rozszerza się przez lepkie płynięcie. Po oziębieniu rdzenia (wyrównaniu temperatur na przekroju) warstwa powierzchniowa kurczy się. Powstają w niej powierzchniowe naprężenia ściskające rzędu 200 MPa, powiększające wytrzymałość na rozciąganie.

Znacznie efektywniejszym sposobem jest umacnianie chemiczne. Proces wysokotemperaturowy polega na nagrzewaniu wyrobów do wysokiej temperatury w odpowiedniej kąpieli solnej. W takich warunkach z kąpieli do powierzchniowej warstwy wyrobu dyfundują jony składnika zmniejszającego współczynnik rozszerzalności cieplnej szkła, w porównaniu z wartością w rdzeniu. Przy oziębianiu do temperatury otoczenia warstwa powierzchniowa ulega mniejszemu kurczeniu się, a po całkowitym ochłodzeniu (wyrównaniu temperatury na przekroju) w warstwie powierzchniowej tworzą się naprężenia ściskające rzędu 500 MPa.

Proces niskotemperaturowy również polega na nagrzewaniu wyrobów szklanyc^^1, ale w niższej temperaturze w odpowiedniej kąpieli solnej. Rezultatem jest dyfuzją z kąpieli do powierzchniowej warstwy szkła jonów o dużych rozmiarach. ^Ich obecność w strukturze doprowadza do jej ekspansji i na tej drodze wyw^,ol^uJ^e naprężenia ściskające znacznej wartości.

Umacnianie chemiczne jest droższe od hartowania, ale skuteczniejsze i może być _s0wane do wyrobów o mniejszych przekrojach.

[Szkło hartowane, niezależnie od wyższej wytrzymałości, pękając rozpada się na bne odłamki o tępych, zaokrąglonych krawędziach, w odróżnieniu od szkła Lykłego dającego przy pęknięciu odłamki o ostrych, trójkątnych kształtach. Z tego r_v0du szkło hartowane nazywane jest bezpiecznym i powszechnie stosowane do ^•fobu szyb pojazdów samochodowych, wagonów kolejowych itp. f Włókna szklane o średnicy ok. 10 pm stosowane są do zbrojenia kompozytów pokerowych. Mają one dużą wytrzymałość na rozciąganie, zwykle rzędu 3600 MPa. niezbyt dużą wartość modułu Younga (rzędu 70 GPa). Tak wysokie wskaźniki wytrzy-Lościowe można uzyskać w wyniku odpowiedniego zmniejszenia średnicy, ponieważ w u _sposób zmniejsza się prawdopodobieństwo występowania dużej gęstości powierzchnych pęknięć na długości pomiarowej próbki włókna.

Umacnianie szkła wykonuje się również przez sklejanie kilku warstw (szyb) za ^mocą celuloidu lub butwaru, produkując taką metodą szyby o grubości do U mm. Szkło klejone odznacza się bardzo dużą wytrzymałością na przebicie.

Największe znaczenie i najszersze zastosowanie do umacniania materiałów michych (betony, tworzywa sztuczne) ma produkowanie materiałów złożonych.

Powszechnie stosowany w budownictwie beton jest materiałem kruchym. Jego rytrzymałość na rozciąganie powiększa zastosowanie tzw. zbrojenia ciągliwą stalą drut, pręty). W takim materiale beton przenosi naprężenia ściskające, a stal - rozciągające. Jeszcze lepsze rezultaty uzyskuje się stosując tzw. beton sprężony. Zbrojenie stanowią druty lub liny stalowe o dużej wytrzymałości, poddane obciążeniu rozciągającemu w czasie zalewania zbrojenia betonem. Po stężeniu betonu iusunięciu obciążenia sprężyste wydłużenie zbrojenia zanika — kurczy się ono do początkowej długości. W ten sposób wywiera na beton wstępne naprężenie ściskają-ce, dzięki czemu element w czasie pracy może przenosić odpowiednio większe sprężenie rozciągające.