Твердость, деформативность и ударная вязкость древесины

Твердость. Твердостью называется способность древесины сопротивляться проникновению в нее твердых тел.

Твердость торцовой поверхности выше тангентальной и радиальной на 30% у лиственных пород и на 40% - у хвойных. На величину твердости оказывает влияние влажность древесины. При изменении влажности древесины на 1% торцовая твердость изменяется на 3%, а тангентальная и радиальная - на 2%.

По степени твердости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:

1. мягкие (торцовая твердость 385 кгс/см² и менее) - сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина, ольха;

2. твердые (торцовая твердость от 386 до 825 кгс/см²) - лиственница сибирская, береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен, яблоня, ясень;

3. очень твердые (торцовая твердость более 825 кгс/см²) - акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит.

Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц, перил.

Деформативность. Деформативностью называют способность древесины изменять свои размеры и форму при воздействии усилий. Показателями деформативности служат модули упругости, коэффициенты поперечной деформации, модули сдвига древесины. В условиях непродолжительного воздействия нагрузок древесина ведет себя как упругое тело. Способность древесины деформироваться характеризует ее жесткость.

При определении модуля упругости необходимо измерять напряжение и деформацию (удлинение и укорочение).

Величины модулей упругости при сжатии, растяжении вдоль волокон, а также при изгибе с нагружением в двух точках практически не различаются. Для древесины разных пород модуль упругости колеблется в пределах - 100...150 тыс. кгс/см². Модуль упругости при растяжении и сжатии поперек волокон значительно меньше модулей при сжатии и растяжении вдоль волокон: для лиственных пород в 20 раз, а для хвойных - в 25 раз.

Ударная вязкость. Ударная вязкость, характеризующая способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения, определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше величина работы, потребной для излома образца древесины, тем выше ее вязкость. Если древесина хрупкая, то для разрушения образца необходимо затратить меньшую величину работы.

Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза (мягкие - в 1,5 раза, твердые - в 2,5 раза) большую, чем у хвойных пород.

Технологические свойства древесины

Способность древесины удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.

Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления по отношению к волокнам, породы древесины и плотности. Для выдергивания гвоздя, вбитого в торец, требуется меньшее усилие (на 10...50%) по сравнению с усилием, необходимым для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа. Например, для забивания и выдергивания гвоздей из древесины граба (плотность 800 кг/м³) требуется усилие в четыре раза большее, чем для древесины сосны (плотность 500 кг/м³).

Влажность древесины облегчает забивание гвоздей в нее, однако при высыхании способность древесины удерживать гвоздь уменьшается. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов примерно в два раза больше, чем гвоздей.

Способность древесины к гнутью. Стандартного метода для определения способности древесины к гнутью нет. Испытания проводят следующим образом. Образцы древесины в форме брусков размерами 10х30х500 мм последовательно изгибают на сменных шаблонах; вначале шаблон имеет радиус 50 см и планка изгибается до соприкосновения с выпуклой поверхностью шаблона. Затем планку изгибают на шаблоне с радиусом выпуклой стороны 45 см. Величину радиуса шаблона уменьшают до тех пор, пока в образцах появится следы разрушения (излом, отщеп). Радиус шаблона, на котором произошло разрушение образца, характеризует способность древесины к гнутью. Наибольшей способностью к гнутью обладают лиственные кольцесосудистые породы (дуб, ясень) и рассеяннососудистые (береза). У хвойных пород невысокая способность к гнутью. У влажной древесины способность к гнутью выше, чем у сухой.

Износостойкость древесины. Износостойкость древесины характеризуется ее способностью противостоять износу, то есть разрушению в процессе трения. Для подобных испытаний используют специальную машину, которая обеспечивает истирание древесины при возвратно-поступательном движении образца с одновременным его поворотом.

Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой. Износ уменьшается с повышением твердости и плотности древесины. Влажная древесина больше подвержена износу.

Сопротивление древесины раскалыванию. Раскалываемостью называют способность древесины под действием клина разделяться на части вдоль волокон. Раскалывание древесины по действию силы и характеру разрушения напоминает растяжение поперек волокон и объясняется малым сцеплением волокон по длине ствола. Это свойство древесины имеет практическое значение, так как ряд сортиментов древесины заготавливают путем раскалывания (клепка, обод, спицы, дрань).

Раскалывание может проходить по радиальной и тангентальной плоскостям. Сопротивление по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангентальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (дуб, бук, граб). У хвойных пород, наоборот, раскалывание по тангентальной плоскости меньше, чем по радиальной. При тангентальном раскалывании у хвойных пород разрушение происходит по ранней древесине, прочность которой значительно меньше прочности поздней древесины.

Способность древесины раскалываться надо учитывать при креплении деревянных элементов гвоздями, болтами и т.п.

По окончании изучения механических и технологических свойств древесины делается заключение о проделанной работе.