残留应力的产生是由诸多因素决定的,其中搪玻璃层与钢板的热膨胀系数不同是主要因素,如图1所示。从图中可以看出,在软化温度 Tf 点应力为零,随着温度的逐步降低,产生张应力;到转变温度 Tg 点,张应力为最大;再随着温度的冷却,到固化点开始产生压应力。由于钢材的膨胀系数比瓷釉的膨胀系数大,产生的压应力也随之增大。
瓷层中的残余应力超过瓷层本身的强度时就形成爆瓷。一般把残余应力控制在 80~100 MPa,这样的瓷层才是稳定的。如果应力值超过 120 MPa,就容易引起爆瓷。
下面分析外圆弧处易爆瓷的原因,如图2所示。从图中可以看出,在圆弧处,瓷层受到压应力的同时还受到一个向外推的合力,所以外圆弧处的瓷层的稳定性较平面上的差一些;而在内圆弧处的瓷层在受到压应力的同时,还受到一个向内(向钢板方向)的合力,这种力对釉瓷的稳定性是有利的,不易爆瓷。
如果产生的应力超过了搪玻璃层的抗压强度或抗张强度,则搪玻璃层将会脱落或出现裂纹,因为搪玻璃层的机械强度比钢板小。
图 1 钢材和瓷釉的热膨胀系数及应力分布
此处膨胀系数是指体膨胀系数
图 2 爆瓷应力分析