玻璃退火应力

浮法玻璃中退火产生的缺陷及控制理工大学战营一、玻璃的退火玻璃退火的目的是减弱和防止玻璃制品中出现过大的剩余应力和光学不均匀性，稳定玻璃部的构造。

玻璃的退火可分成两个主要过程：一是玻璃中应力的减弱或消失，二是防止应力的重新产生。

玻璃中应力的减弱和消除是以松弛理论为根底的，所谓应力松弛是指材料在分子热运动的作用下使应力消散的过程，应力的松弛速度在很大程度上决定于玻璃所处的温度。

玻璃在加热或冷却过程中，由于其导热性较差，在其外表层和层之间必然产生温度梯度，因而在外层之间产生应力。

这种由于温度梯度存在而产生的应力称为温度应力或热应力，此种应力的大小，既取决于玻璃中的温度梯度，又与玻璃的热膨胀系数有关〔玻璃的化学成分决定玻璃的热膨胀系数〕。

热应力按其存在的特点可分为暂时应力和永久应力。

暂时应力，当玻璃受不均匀的温度变化时产生的热应力，随着温度差的存在而存在，随温度差的消失而消失，被称为暂时应力。

应力的建立和消失过程。

当制品冷却开场时，因为玻璃的外层冷却速度快，所以外部温度比部温度低，外层收缩大，而这时层温度较高，且力求阻碍外层收缩，这样造成玻璃外层产生应力，部产生压应力。

在应力过渡到压应力之间存在着中间层，其应力值为零。

当冷却接近完毕时，外层体积几乎不再收缩，但此时玻璃部仍有一定的温度，其体积力求收缩，此时造成外部受压应力，层受应力。

由此可见，在冷却完毕时，产生的应力恰好和冷却开场时产生的应力性质相反，两者可以得到局部抵消。

冷却全部完毕时，即当玻璃的外层温度和层温度趋向完全一致时，上述两种应力恰好抵消。

我们称这种应力为暂时应力。

永久应力，当温度消失时〔制品的外表和部温度均等于常温时〕，残留在玻璃中的热应力称为永久应力，又称为应力。

玻璃中永久应力的成因，是由于在高温的弹塑性阶段热应力松弛而形成的温度变形被“冻结〞下来的缘故。

当玻璃板逐渐冷却到室温均衡时，玻璃中残存的应力实际等于玻璃在高温阶段松弛掉的热弹应力，但方向相反。

浮法玻璃退火窑的热机械应力与变形模拟浮法玻璃是当前广泛应用于建筑、汽车等行业的重要材料之一。

在浮法玻璃生产过程中，退火窑是一个关键的环节，用于消除玻璃板的内部应力和变形，以提高其质量和稳定性。

在退火过程中，热机械应力与变形是一个十分重要的问题，本文将对浮法玻璃退火窑的热机械应力与变形进行模拟分析。

热机械应力与变形的产生是由于玻璃在退火过程中受到热膨胀和冷却收缩的影响，导致玻璃板出现内部应力和变形。

在退火窑中，玻璃板首先会经历加热阶段，高温下的热膨胀使得玻璃板产生应力和变形，然后在冷却阶段，玻璃板受到较低温度的影响而收缩，进一步引起内部应力和变形。

因此，了解和控制热机械应力与变形是优化退火过程、提高玻璃品质的关键。

为了模拟浮法玻璃退火窑的热机械应力与变形，首先需要选取合适的数值模型和材料参数。

一般使用有限元方法来模拟退火过程中的应力和变形，将玻璃板分割成小单元，对每个单元进行力学计算。

在建立有限元模型时，需要考虑玻璃板的几何形状和尺寸，并通过试验数据得到玻璃的力学参数，如杨氏模量、热膨胀系数等。

在数值模拟过程中，需要考虑热传导、热膨胀和力学应力之间的相互作用。

首先，需要确定退火窑内的温度分布，可以通过热传导方程来模拟热传导过程。

然后，结合玻璃的热膨胀系数和材料参数，计算热膨胀引起的应力和变形。

最后，通过求解力学平衡方程，确定玻璃板在退火过程中的应力状态。

在模拟分析中，还需要考虑一些影响热机械应力与变形的因素。

首先是退火窑的加热速率和降温速率，过快的加热和冷却会导致较大的应力和变形。

另外，退火窑的温度分布不均匀也会导致玻璃板出现应力集中和变形。

因此，在实际操作中，需要优化退火窑的设计和控制，以减小热机械应力与变形的影响。

为了验证数值模拟结果的准确性，可以进行实验测量和模拟分析的对比。

通过在实际退火窑中安装应变计和温度传感器，可以测量玻璃板的应力和变形，并与数值模拟结果进行对比。

若实验数据与模拟结果吻合较好，则说明数值模拟方法可以用于预测和控制热机械应力与变形。

第36卷第3期燕山大学学报V ol.36No.3 2012年5月Journal of Yanshan University May20120引言目前，玻璃的生产方法主要是浮法，浮法玻璃制品广泛应用于建筑、交通以及各个经济部门。

随着电子、化工、轻工、机械等行业的迅速发展和市场竞争的日趋激烈，对玻璃的质量要求越来越高，同时工业能源的资源也日趋紧张，因此缩短开发周期，优化工艺过程，提高产品质量，降低生产成本，已经成为生产的急切要求。

玻璃热应力的消除控制直接影响了玻璃的质量，所以对玻璃退火应力的分析变得非常的重要。

孙承绪等建立了浮法玻璃退火过程中玻璃带内温度场的数值计算与制图方法，给出了玻璃带厚度方向温度场的分布随时间的变化关系，用RD2-3型改进应力松弛试验机检测了6mm厚玻璃在570~480℃区间的应力情况[1]。

邵宏根通过有限元方法分析了不同厚度玻璃在相同热流密度条件下的降温情况和上下表面热流密度差对玻璃温度场的影响[2]。

林亢对玻璃退火上下限温度进行了论述，阐述了热应力的产生和变化机制，定性的分析了冷制品重热后再退火和热制品连续退火过程中玻璃温度和应力的变化情况，对热应力、结构应力和永久应力进行了计算[3-6]。

韩文梅等基于ANSYS 软件模拟分析了航空层合玻璃的热应力最大值和最小值随温度的变化规律[7]。

冯跃冲基于ANSYS 软件对退火窑进行了模拟计算，计算了玻璃的永久应力[8]，但没有给出玻璃应力在退火过程中具体变化规律。

随着计算机的发展和计算技术的不断提高，数值模拟技术成为了一种方便、实用的研究方法[9-11]，本文在以上基础上，基于ANSYS有限元软件建立了浮法玻璃的退火模型，得到了玻璃应力和表面层与中间层温度随退火时间的变化规律，并对它们的变化情况进行了理论分析。

得到了B区退火完成时玻璃的表面层和中间层应力、温差在不同退火速度下的量值，给出了它们随退火速度的变化规律。

1基本理论张朝晖编写的《热分析教程与实例解析》书中介绍了ANSYS有限元模拟软件对热应力的模拟计算，分析了由于互相接触的不同结构体或同一结构体的不同部分之间的热膨胀系数不匹配，在加热或冷却时彼此的膨胀或收缩程度不一致，而导致热应力产生的情况[12]。

玻璃的退火过程改善玻璃的抗压性能玻璃是一种常见的建筑材料和装饰材料，其优良的透明性和质地使其成为许多领域中不可或缺的材料之一。

然而，玻璃的脆弱性常常限制了其在某些应用中的使用。

退火是一种经常被用来改善玻璃抗压性能的工艺，通过在特定的温度范围内加热和冷却玻璃，可以显著提高其抗压性能，使其更加耐用和可靠。

退火是一种热处理工艺，通过加热和冷却材料来改变其内部结构和性能。

在玻璃的制备过程中，由于快速冷却的原因，玻璃中会存在大量的内部压应力。

这些内部压应力会降低玻璃的抗压性能，使其更容易在外力作用下破碎。

因此，需要对玻璃进行退火处理，以消除内部压应力，提高其抗压性能。

退火过程通常包括加热和冷却两个步骤。

在加热过程中，玻璃被加热到退火温度，这个温度通常比玻璃的软化温度略高。

在这个温度下，玻璃的内部结构开始松弛，内部压应力得以释放。

然后，玻璃被冷却到室温，形成新的内部结构，这个结构相对较为稳定，玻璃的抗压性能也得以显著提高。

退火温度是影响退火效果的重要因素之一。

温度过高或者过低都会影响到退火效果。

温度过高可能导致玻璃变得过软，而温度过低则可能无法使内部结构得到充分松弛。

因此，选择合适的退火温度是提高玻璃抗压性能的关键。

此外，退火的时间也是影响退火效果的重要因素之一，时间过长或者过短都可能影响到退火效果的达成。

除了影响玻璃抗压性能的材料本身的因素，退火还受到加热和冷却速率的影响。

加热速率过快或者加热温度过高可能导致玻璃发生热应力，从而影响到退火效果。

同样，冷却速率过快也可能导致内部结构重新产生应力，降低退火效果。

因此，在实际的退火过程中，需要综合考虑加热和冷却速率，以及温度选择等因素，来达到最佳的退火效果。

总的来说，玻璃的退火过程可以显著改善其抗压性能。

通过合理选择退火温度和时间，以及控制加热和冷却速率等因素，可以使玻璃的内部结构得到充分松弛，内部压应力得以释放。

从而提高玻璃的抗压性能，使其更加耐用和可靠。

退火工艺的应用使得玻璃材料在建筑和装饰等领域中能够发挥更大的作用，并且有望在未来得到更广泛的应用。

在制作供应玻璃微珠时最重要的一点就是玻璃退火，那玻璃退火该注意些什么呢?
玻璃退火，就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应力分散(称为应力松弛)来消除或减弱永久应力。

应力松弛速度取决于玻璃温度，温度越高，松弛速度越快。

因此，一个合适的退火温度范围，是玻璃获得良好退火质量的关键。

高于退火温度限时，玻璃会软化变形：底于退火所需求温度时，玻璃结构实际上可以认为已固定，内部质点已不能移动，也就无法分散或消除应力。

玻璃在退火温度范围内保温一段时间，以使原有的永久应力消除。

之后要以适当的冷却速度冷却，以保证玻璃中不再产生新的永久应力，如果冷却速度过快，就有重新产生永久应力的可能，这在退火制度中用慢冷阶段保障，慢冷阶段必须持续到最低退火温度以下。

玻璃在退火温度以下冷却时，只会产生暂时应力，以节约时间和减少生产线长度，但也必须控制一定的冷却过快时，可能会使产生的暂时应力大于玻璃本身的极限强度而导致制品爆裂
相关参考资料：/。

玻璃应力产生的原因及对玻璃的影响从应力产生的原因及对玻璃的影响来分类，可分成二类：（1）平面应力：它是由退火窑横向温度不均引起。

各种在线应力仪测出的就是这种应力。

其大小与退火窑长度无关、即与玻璃带绝对降温速度无关，只取决于玻璃板横向温度分布。

平面应力对玻璃带掰断、掰边影响很大。

掰断去边之后，平面应力大部消失，对玻璃进－步加工影响很小。

对厚玻璃而言, 平面应力引起的问题主要是多缺角, 以及劈边,白渣等。

（2）厚度应力：又叫端面应力，是由玻璃表面与板芯在冷却时所产生的温度差所引起。

它由退火窑长度所决定，在退火窑长度一定时，各区的进出口温度即冷却速度直接决定了应力的大小。

厚度应力不但对玻璃一次生产有影响，而且对后续深加工也有很大影响,它应该是玻璃产品出厂质量的一项重要指标。

厚度应力对厚玻璃生产的影响主要是糖状物；对深加工的影响主要有不易切割,钢化炸炉。

在远离横掰机的玻璃带中,平面应力的方向与玻璃拉引方向平行,只存在纵向的平面应力,不存在横向平面应力。

平面应力转化定律: 在靠近横向掰断的地方,从相当于2倍板宽的距离开始,纵向平面应力数值逐渐减小,慢慢转变为横向平面应力。

在掰断处, 纵向平面应力消失, 横向平面应力达到最大。

此处的横向平面应力数值相当于纵向平面应力原值的1.5倍,应力符号相反。

这种纵向与横向的应力转换对玻璃生产具有重要意义。

我们一般要求玻璃带中部存在较小的平面张应力, 两边部是压应力。

在掰断口,中部的纵向平面张应力转换为与掰断边平行的横向压应力,这种横向压应力起到防止纵裂的作用。

同样道理, 边部的纵向压应力在掰断口转换为横向张应力,正是此横向张应力起到将边子沿刀痕拉开的作用。

厚玻璃应力的一个特点是暂时应力往往是影响生产的重要因素。

厚玻璃不易冷却,在掰断区的温度和温差都比较高,永久应力还没有完全发育,所以暂时应力有着举足轻重的作用。

由于暂时应力形成于退火窑半封闭部分和敞开部分,这些部位的工况易受外界因素的影响,变化较频繁,只有通过定时应力测定,才能及时跟踪工况的变化,有针对性地调整冷却工艺,实现预防问题的产生。

1.玻璃退火Glass annealing退火是为了尽可能地消除或减小玻璃制品在加工成型过程中产生的永久应力，提高制品使用性能的一种热处理过程。

除玻璃纤维和薄壁小型空心制品外，几乎所有玻璃制品都需要退火。

根据玻璃内应力形成原因，退火过程实质上分为两部分：应力的减弱和消失；防止新的应力产生。

●应力的减弱和消失为了达到消除内应力的目的，必须通过加热减小玻璃的粘度，并使玻璃在转变温度Tg附近的某一温度保温均热，使应力松弛。

这一温度称为退火温度。

退火温度又可分为最高退火温度和最低退火温度。

大部分玻璃器皿的最高退火温度为550±20℃；平板玻璃为560±10℃；瓶罐玻璃为550~600℃；铅玻璃为460~490℃；硼硅酸盐玻璃为560~610℃。

低于最高退火温度50~150℃的温度为最低退火温度。

通常使用的退火温度比最高退火温度低20~30℃，作为退火保温温度。

●防止新的应力产生为防止新的应力产生，必须控制退火的冷却过程。

一般将冷却过程分为慢冷过程和快冷过程。

慢冷过程是指严格控制玻璃在退火温度范围内的冷却速度，缓慢冷却，防止在高温阶段出现大温差，再形成永久应力。

快冷的开始速度必须低于应变点，因为在应变点以下玻璃的结构完全固定，这是虽然有温度梯度，也不会形成永久应力。

（参见“永久应力”，“暂时应力”）2.玻璃研磨Glass grinding研磨是将玻璃制品粗糙不平或成型时余留的不需要的部分磨去，改变受磨部位制品的外形，使制品具有所需的形状和尺寸。

在研磨过程中可以根据研磨的要求，先用粗颗粒磨料，继用中等颗粒的磨料，最后使用细磨粒的磨料，直至表面成为细致均匀的毛面玻璃。

只有细磨才能改善玻璃的边部状态，减少微裂纹，增加玻璃强度。

（参见“边部加工”）3.玻璃抛光Glass polishing经研磨后的玻璃表面总会留下几μm的凹陷层，抛光过程就是要去掉这一凹陷层，使散光和不透明的玻璃变得透明光洁。