Наиболее распространенными в промышленности и научно обоснованными являются методы упрочнения стекла, основанные на подавлении разупрочняющего действия дефектов поверхности путем сжатия его поверхности.
Для закалки полых широкогорлых стеклянных изделий предложены разнообразные устройства, в которых с целью обеспечения дифференциальной закалки отдельных частей изделия, например венчика, корпуса и дна, в соответствии с их толщиной вставка и дно камеры выполнены по форме изделия. Во вставке имеются отверстия для подачи охлаждающего воздуха, соосные с отверстиями в камере.
Трудно закаливать изделия сложной формы, так как при неравномерно распределенных напряжениях закаленных изделий возникает опасность саморазрушения.
Однако успехи, достигнутые при закалке ответственных изделий из стекла (изоляторов и других технических стекол), побуждают искать пути применения этого простого, дешевого и надежного способа для упрочнения стеклянной тары.
Стабильность прочностных свойств закаленных стеклоизделий и устранение возможности их саморазрушения достигаются простой термообработкой с целью выравнивания неравномерно распределенных закалочных напряжений в отдельных участках изделия и 100%-ным испытанием таких изделий при отрицательном термоударе. В частности, такой обработке подвергают стеклянные высоковольтные изоляторы.
В нашей стране закалке подвергается сортовая посуда. Посуда из закаленного стекла имеет термостойкость, в 3 раза превышающую термостойкость обычного стекла. Испытание закаленных изделий можно проводить непосредственно на промышленной линии.
После отжига изделия по конвейеру поступают в печь, где нагреваются до температуры 150° С. Затем изделия охлаждаются в холодной воде, испытывая отрицательный термоудар.
Далее те же изделия подвергают положительному термоудару, помещая их в печь при температуре 400° С.
Были выполнены исследования по закалке стеклянных банок вместимостью 0,5 л.
Так как выходящее из формы изделие имеет различную температуру отдельных участков - от 300° С (горло) до 700° С (дно), то банки после формования с горячего конвейера устанавливались в электрическую муфельную печь для выравнивания температуры, где выдерживались при 650° С в течение 2 мин.
Затем банки помещались в закалочную установку, где изделие, закрепленное держателями, вращалось с частотой 120 об/мин и одновременно охлаждалось воздухом через отверстия насадки и нижнее сопло. Охлаждение изделий длилось около 1 мин.
Термостойкость закаленных консервных банок была выше, чем отожженных, в 1,7-2 раза. Физико-механические свойства закаленных банок были также выше, чем отожженных. Так, сопротивление внутреннему давлению выше в 2,2 раза; внешнему давлению и удару в дно изделия - в 1,9; удару в стенку изделия - в 1,4; равномерной нагрузке по высоте изделия - 1,8, на корпус - в 2,7 раза.
Для упрочнения изделий сложной формы, и в частности банок, весьма эффективным является способ термической полузакалки, который обусловливает создание в стеклоизделиях сравнительно небольших, равномерно распределенных напряжений.
Полузакаленные стеклоизделия имеют повышенную механическую прочность и термостойкость, и их разрушение при повреждении не имеет цепного характера.
При производстве некоторых стеклоизделий простой формы используется способ полузакалки, заключающийся в том, что после нагрева стеклоизделий до температуры закалки 700-800° С их охлаждают на воздухе в условиях естественной конвекции. Для закалки изделий сложной формы такой режим охлаждения является неприемлемым.
Был разработан способ полузакалки стеклоизделий сложной формы (банок, изоляторов и т. п.). После нагрева до температуры закалки стеклоизделия охлаждают горячим воздухом с температурой 100-300° С, а в дальнейшем с целью повышения надежности службы (исключения самопроизвольных разрушений) стеклоизделия подвергают термостатированию для нормализации напряжения в течение 30-60 мин при температуре 300-400° С. Охлаждение производят при помощи обдувочных решеток, конфигурация которых близка к конфигурации стеклоизделий по всей их поверхности. Расстояние обдувочных решеток до поверхности стеклоизделий должно составлять 15-20 мм. Диаметр отверстий в обдувочных решетках 2-3 мм.
Размещение отверстий в обдувочных решетках и давление охлаждающего воздуха в них подбирается экспериментально для каждого типа стеклоизделий. Для охлаждения стеклоизделий используется горячий воздух под небольшим давлением. В процессе охлаждения стеклоизделия, имеющие ось вращения, должны вращаться вокруг своей оси с частотой 20-40 об/мин.
Технологический режим полузакалки стеклоизделий в значительной степени зависит от их толщины. Для стеклоизделий толщиной 3-5 мм можно рекомендовать следующий технологический режим закалки: нагрев до температуры закалки порядка 700° С - 2-3 мин, охлаждение воздухом с температурой 250-300° С - 30-60 с и термостатирование при температуре 300-350° С - 30-40 мин.
Применение горячего воздуха и принудительного регулируемого охлаждения стеклоизделий обеспечивает равномерное распределение в них небольших остаточных напряжений.
Полузакалка упрощает производство стеклоизделий и повышает прочностные характеристики стеклоизделий в 1,5-2 раза.