Przyczyny pękania spontanicznego szyb hartowanych i metody zapobiegania. Manuela Reben, Sebastian Bielecki manuelar@agh.edu.pl

Transkrypt

1 Przyczyny pękania spontanicznego szyb hartowanych i metody zapobiegania Manuela Reben, Sebastian Bielecki manuelar@agh.edu.pl

2 Rys. 1. a) pęknięta szyba hartowana; b) siatka spękań.

3 Zjawisko pękania szkła hartowanego pod wpływem obecności inkluzji siarczku niklu PPG Industries r. E.R. Ballantyne r. kongres FAECF w Londynie, firma Guardian - Luxguard L.A Spoek, Inkluzje siarczku niklu jako wada szkła hartowanego Inkluzje siarczku niklu zalicza się do tzw. obcych ciał stałych, czyli przypadkowych zanieczyszczeń masy szklanej: Szkło tylko odprężone- NiS wada niedopuszczalna, tylko wtedy jeżeli jej rozmiary będą na tyle duże by mogły być widziane gołym okiem lub wykrywane poprzez standardowe urządzenia inspekcyjne. Szkło hartowane- wada niedopuszczalna bez względu na jej rozmiar.

4 Rys.2. Inkluzje siarczku niklu zaobserwowane w szkle płaskim typu float. Callewaert D., Belis J., Vandebroek M., Impe R., Engineering Failure Analysis 18, , 2011.

5 Mechanizm transformacji NiS Rys.3. Budowa i transformacja komórek elementarnych faz α-nis i β-nis wg. Vaidya, Gricea, Reben.

6 Parametry mogące mieć wpływ na zjawisko pękania szkła hartowanego: Położenie NiS w wyrobie szklanym Rys.4. Inkluzja siarczku niklu ulokowana w centralnych warstwach pękniętego, hartowanego szkła płaskiego. Miyasaka Y., Kikuta M, Glass Processing Days, , 2003.

7 rozmiar inkluzji NiS K 1C - współczynnik intensywności naprężeń (wynoszący dla szkła = 0,76 MPa*m 0,5 ) σ 0 - wartość naprężeń wokół inkluzji P 0 = 615 MPa ciśnienie hydrostatyczne powstające w wyniku przejścia α βnis. Minimalna średnicy inkluzji NiS prowadząca do spontanicznego pękania szkła hartowanego waha się w przedziale od 0,04 mm do 0,05 mm, przy założeniu, że inkluzja będzie znajdować się w strefie maksymalnych naprężeń rozciągających.

8 Potencjalne źródła pojawiania się inkluzji siarczku niklu w masie szklanej Hipoteza 1. Synteza NiS na etapie wytwarzania szkła krzemianowosodowo-wapniowego. Warunek- atmosfera redukcyjna Ni 3 S 2 + Na 2 SO 4 + 1,5 C 3NiS + Na 2 O + 1,5CO 2 Hipoteza 2. Etap I; w warunkach topienia masy szklanej: 3NiO + 2Na 2 SO 4 + 3C Ni 3 S 2 + 2Na 2 O + 3CO 2 Etap II; w warunkach wylewania szkła na kąpiel cynową oraz jego kontaktu z kąpielą cynową : 2Ni 3 S 2 + 2S 2 6NiS

9 Ni silosy magazynowe dla surowców, wagi, mieszadła, obudowy aparatury pomiarowej, palniki, zasypniki zbudowane są w większości ze stali szlachetnych zawierających w swym składzie nikiel, okładziny kruszarek, młynów, sita, separatory, materiały ogniotrwałe, stłuczka szklana S siarczan sodu Na 2 SO 4 (sulfat), związki siarki, takie jak siarkowodór, sylfidy, alkanotiole (np. CH 3 -SH), siarka pierwiastkowa jako składniki gazu ziemnego, powietrze atmosferyczne

10 a) b) Rys. 5. a) fragment skorodowanego zasypnika pieca szklarskiego, b) fragment zużytej szczęki kruszarki (materiały własne).

11 Metody wykrywania inkluzji NiS w szkle hartowanym Podstawowe parametry metody HTS zgodne z europejską normą Krytyczny wymiar NiS 40 µm lub większy Skład chemiczny NiS Ciśnienie hydrostatyczne transformacji fazowej NiS Warunki wygrzewania Przyrost temperatury Temperatura wygrzewania Czas wygrzewania Temperatura powierzchni szkła Stosunek powstałej stłuczki do wsadu Stosunek samoczynnych pęknięć do wsadu Pewność metody Stwierdzony wymiar NiS Najważniejsze czynniki do prawidłowego przeprowadzenia testu Ni, S ślady Fe 615 MPa Konwekcja 3 o /min 290 o C±10 o C 120 min 280 o C 1 część / 8,7 ton 1 część / 400 ton 98,5 % 54 µm 1. Przyrost temperatury 2. Temperatura wygrzewania 3. Czas wygrzewania 4. Równomierna temperatura

12 Metoda Sakai i Kikuta Rys.6. Schemat metody termicznego wygrzewania od 150 o C do 300 o C. (wg Sakai i Kikuta). Sakai C., Kikuta M., Glass Processing Days 76-78, 1999.

13 Metoda X. Li Rys. 7. Schemat metody in-situ inspection wg. X. Li Li X., et al., Proc. SPIE 5852, 3rd Int. Conf on Experimental Mechanics, doi: / , 2005.

14 Metody zapobiegania powstawania NiS -powłoki antykorozyjne na zasypniki -okładziny kruszarek z materiałów ceramicznych o wysokiej wytrzymałości mechanicznej -materiały ogniotrwałe wysokiej jakości -stłuczka szklana wysokogatunkowa -dbałość o stan techniczny urządzeń i maszyn -ujednolicenie i standaryzacji testu HST

15 Spis Literatury cytowanej [1]. S. Bielecki, Inkluzje siarczku nikle w szkle krzemianowym, Praca doktorska, [2] Wheeler I., Environmental Health Journal, 7, , [3] Ford T., Int.Conf. of Bild. Env. Sys. & Tech., University of Batch, UK, , [4] Booth R., Building Design, 1529, 1, [5] Reben M., Wasylak J.,Bielecki S., 55 konferencja naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB : Kielce Krynica, ,2009. [6] Wasylak J., Bielecki S., Ceramika vol.103, , [7] Ballantyne E.R., CSIRO Div. Bldg. Res., Rep 061, Melbourne [8] Jacob L., Glass Processing Days, , [9] Callewaert D., Belis J., Vandebroek M., Impe R., Engineering Failure Analysis 18, , [10] Swain M.V., J. Non-Crystal. Solid., 38&39, , [11] Kasper A., Glass Processing Days, , [12] Bielecki S., Reben M., Wasylak J., Advanced Materials Research, vols.39-40, ,2008. [13] Miyasaka Y., Kikuta M, Glass Processing Days, , [14] Bordeaux F., Kasper A., Glass Processing Days, 85-89, [15] Swain M.V., J. Mat. Science 16, , [16] Kasper A., Bordeaux F., Duffrene L., Glastech. Ber. Glass, Science and Technology 73:5, , 2000.

16 [17] Wang H., et al., American Mineralogist, vol. 91, , [18] Molenda J., Gaz Ziemny Paliwo i Surowiec, WNT Warszawa, [19] Tuan H.P, et al., J. High. Resolut. Chromatogr., vol. 17, , [20] Ray A., Jacob L., Glass Processing Days,1-3, [21] Lessig H., Szkło i Ceramika, 55, 35-36, [22] Kikuta M., Sakai C., Glass Processing Days, , Dziękuję za uwagę