No Image

Что такое твердость древесины

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Твёрдость древесины зависит, что весьма логично, от породы дерева. Условно можно разделить древесину по твёрдости на 6 групп: очень мягкая, мягкая, средней твёрдости, твёрдая, очень твёрдая, твёрдая как кость. Рассмотрим данное деление на наиболее известных сортах:

  • очень мягкая: верба, тополь, осина, пихта, ель, белая сосна,
  • мягкая: берёза, ольха, липа, лиственница, красное дерево,
  • средней твёрдости: вяз, орех, черная сосна
  • твёрдая: дуб, ясень, яблоня, груша, вишня, тиковое дерево,
  • очень твёрдая: дуб, граб, бук, тис, белая акация, палисандр,
  • твёрдая как кость: эбонитовое дерево, кокос, гвояковое дерево.

Измерение твёрдости древесины производится в Европе и Америке по разным шкалам – Бринеллю и Янку соответственно, вот пример вариант применяемый у нас, шкала Бринелля.

Твердость древесины по шкале Бриннеля

Для производства качественных изделий из дерева мастеру требуется определить твердость породы. Для ее определения традиционно применяется метод Бриннеля. Суть метода заключается в вдавливании 10 мм шарика в поверхность заготовки с силой 100 кг. По характеру повреждения и диаметру образовавшейся лунки и определяют величину твердости. Соответственно, древесина с более высоким коэффициентом твердости гораздо надежнее и крепче пород с меньшим показателем.

Учитывать следует и изменения в твердости, происходящие во время работы с заготовками. Так, например, твердость породы дерева меняется в зависимости от типа его распила (при радиальном распиле древесина тверже, чем при тангенциальном). Поэтому в данной таблицы собраны исключительно средние показатели.

Плотность древесины

Как известно, плотность древесины и уровень влажности напрямую связаны. Поэтому, для сравнения все заготовки приводят к единому показателю уровня влажности — 12%. Принято считать, что тяжелая древесина обладает повышенным запасом прочности, в то время, как легкая считается менее надежной. По влажности древесина подразделяется на три группы:

  • Породы с малой плотностью (сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, орех, каштан);
  • Породы средней плотности (лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, карагач, клен, платан, рябина, яблоня, ясень);
  • Породы высокой плотности (акация, береза, самшит, фисташка, кизил);

Качество и твердость древесины определяется по нескольким критериям. Ниже мы подробно рассмотрим каждый из них:

  • Износостойкость. Этим понятием обозначается способность древесины сопротивляться коррозии и износу, вызванному трением материала. Износ уменьшается с повышением твердости заготовки, а также ему свойственно неравномерное распределение по поверхности заготовки. Чем ниже влажность дерева — тем выше показатель износостойкости.
  • Ударная вязкость. Понятие ударной вязкости означает возможность древесины поглощать удар. Ее уровень определяется про испытании заготовки на прочность с помощью сбрасывания на железного шарика. В среднем, лиственные породы показывают в 2 раза лучший результат, чем хвойные.
  • Гибкость древесины. Очевидно, что это понятие обозначает способность древесины гнуться. Хвойные сорта обладают низкой способностью гнуться, в то время, как кольцесосудистые (ясень, дуб) обладают гораздо более высокой способностью. Гибкость древесины важна, в главную очередь, при изготовлении отдельных деталей, где дерево приходится мочить или разогревать, а после придавать ему особую форму.
  • Деформативность. Для древесины характерно некое редкое свойство: при некоторых уровнях нагрузки в заготовке образуются небольшие деформации, пропадающие вместе с нагрузкой. Основной показатель деформативность — упругость, повышающаяся вместе с уровнем влажности изделия. При высыхании часть заготовок теряет упругость и природную гибкость дерева, а вместе с ней и способность сопротивляться деформациям.

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что качество паркета определяется по принципу «чем выше твердость дерева, тем выше надежность паркета», а сама твердость выражается значением Бринелля, то есть разностью твердости различных сортов древесины. С другой стороны, ни одна порода дерева не в состоянии выдержать постоянные точечные нагрузки от ножек тяжелой мебели и подобного, а само качество паркета влияет лишь на его долговечность и внешний вид.

Ещё немного таблиц

Ну и напоследок ещё пара таблиц.

Таблица твердости пород древесины по Янгу (кгс/мм²)

Твёрдость древесины зависит, главным образом, от сорта дерева. В этой статье мы рассмотрим различные породы древесины и выясним, какая древесина тверже других.

Твердость пород древесины

Твёрдость лесоматериалов — это их способность сопротивляться внедрению более твёрдых тел, к примеру, гвоздей, саморезов.

Твёрдость дерева различается в разных направлениях среза. Выделяют такие типы твёрдости:

  • торцовая. Этот тип твердости определяется при помощи вдавливания металлического штока, который имеет полусферический конец диаметром 11,28 мм. Шток вдавливают на глубину радиуса 5,64 мм постепенно на протяжении 2-х минут. Размер отпечатка равен 1 квадратному сантиметру и, поэтому твёрдость измеряется в кг/см2
  • радиальная
  • тангенциальная.

Боковая твёрдость у хвойных сортов лесоматериалов, чаще всего, на 40% ниже торцовой, а у лиственных сортов, примерно на 30%. Тангенциальный тип твёрдости, к примеру, дубовых, буковых или ильмовых лесоматериалов выше торцевого почти на 5 -10 %. Большая часть сортов древесины имеет примерно одинаковую тангенциальную и радиальную твёрдость.

Для того, чтобы создать из древесины изделие высокого качества необходимо определить твердость используемого сорта дерева. Чаще всего для определения твердости пользуются методом Бриннеля. Смысл этого способа состоит во вдавливании металлического шарика диаметром 10 мм в поверхность заготовки с силой 100 кг. По типу деформации и диаметру получившегося углубления определяется величина твердости.

Читайте также:  Схема подключения насосной станции к колодцу

Кроме этого опытные мастера обязательно принимают во внимание изменения в твердости, которые могут произойти во время работы с заготовками. К примеру, показатель твердости лесоматериалов изменяется в зависимости от типа его распила.

Твердые породы древесины

Самая твердая древесина у дерева ятоба, которое растет во влажных тропических лесах Южной и Центральной Америки. Твердость древесины этого дерева составляет 7 баллов по шкале Бриннеля. Лесоматериалы довольно светлые, с сероватой заболонью. При этом сердцевина окрашена в красный, красно-коричневый или темный оранжевый цвета. Распил ствола становится темнее на протяжении 6 -7 дней, после чего приобретает кирпично-красную окраску. Дерево вырастает до 40 метров в высоту. Из лесоматериалов создают мебель, паркет, а также декоративные элементы отделки интерьера.

Второе место в рейтинге твердости занимает сукупира. У нее показатель твердости составляет 5,6 баллов. Это дерево растет исключительно в тропических лесах Амазонии. Взрослое дерево имеет высоту около 30 метров. В центре ствола красно-коричневая «тусклая» древесина. К краям древесина светлеет и становится белесой. При распиле четко выделяются желтые полосы паренхимной материи. Текстура таких лесоматериалов достаточно своеобразна. Благодаря большому количеству маслянистых веществ, находящихся в древесине, изделия устойчивы к поражению жуками древоточцами и микроорганизмами. Из такой древесины изготавливают напольную доску, паркетную доску и мебель. Лесоматериалы очень сложно пилятся, однако хорошо шлифуются и полируются.

Показатель твердости ярры амазонской составляет почти 6 баллов, растет она в Южной Америке. Древесина темно красного или сливового цвета в сердцевине. Заболонь при этом имеет светлый желтоватый или коричневый оттенок. Лесоматериалы этого дерева становятся темнее при действии влажности и доступа воздуха. Ярра амазонская сложно поддается обработке, однако отлично полируется и гнется. Из такого материала строят лодки и здания, создают различные предметы мебели и сувениры.

На территории влажных тропических лесов Западной Африки растет дерево мутения, достигающее 60 м в высоту. Его уровень твердости составляет 5 баллов. Лесоматериалы мутении имеют коричневый цвет, очень похожий на грецкий орех, оливковый с коричневатым оттенком. Уникальную привлекательность древесине придают «лучи» фиолетового цвета. Из такого дерева делают напольную доску, мебель и элементы интерьерной отделки помещений.

Орех европейский или грецкий произрастает на южной территории Европы и в Малой Азии. Твердость этого дерева также составляет 5 баллов. У ореха дорогостоящая древесина, ее очень ценят любители натуральных материалов. Структура волокон ровная и параллельная, иногда наблюдаются волнообразные искривления. Из древесины делают дорогую мебель, паркет и шпон, а также сувенирную продукцию. Готовые изделия поражает жук древоточец.

Лесоматериалы мербау имеют твердость 4.9 балла по шкале Бриннеля. Растет это дерево во влажных тропиках Папуа и Новой Гвинеи, а также в лесах юго-востока Азии. Вырастает дерево до 30 метров. Лесоматериалы достаточно плотные, один кубический метр такого материала весит порядка 800 кг. Сердцевина имеет светлый оранжевый оттенок или желтый цвет. Заболонь отличается светло-желтым цветом. Древесина со временем становится темнее, приобретает бронзовый или коричневый оттенок, с серебристым переливом. Древесина имеет привлекательную текстуру за счет наличия прямых и извилистых волокон. Мербау не боится влажности, его можно использовать в ванных комнатах.

Ясень имеет показатель твердости около 4. Он очень распространен на территории Европы и Азии, а также в Америке. Взрослое дерево достигает свыше 35 м в высоту. Лесоматериалы из молодых стволов однородные, светлые, слегка сероватые. А взрослые деревья имеют бурый, коричневый цвет сердцевины. Несколько видов ясеня отличаются красноватым ядром. Структура древесины схожа с дубовой. Хорошо выделяются годичные кольца, они формируют полосчатый узор. Из этих лесоматериалов делают доски разных размеров, фанерные листы, предметы мебели, шпон. Несколько столетий назад из ясеня создавали оружие, охотничьи инструменты, и катапульты.

Твердость дуба достигает 3.8 балла. Существует около 600 видов этого дерева. Лесоматериалы не подвергаются гниению под действием влаги. Древесина белого, желтоватого оттенков. Годичные кольца отлично выражены. Заболонь имеет более светлый цвет, чем ядро. Дуб, пролежавший пару веков на дне водоема, не гниет и не разлагается. Наоборот он становится более прочным и твердым, приобретает темно-коричневый оттенок. Дуб является достаточно ценной породой. Очень популярны дубовые бочки и детали автотранспорта из этого материала.

Из хвойных лесоматериалов самым твердым является лиственница. Ее твердость — 2.6 балла по шкале Бриннеля. Древесина отличается темно красным ядром. Заболонь имеет более светлый желтовато-красный цвет. Заболонь отделена от ядра четкой границей. Здания из такой древесины не гниют на протяжении сотен лет. Древесина лиственницы имеет высокую вязкость, потому ее обрабатывают медленно. Действие влаги только увеличивает показатель твердости древесины. Вымоченные лесоматериалы по твердости можно сравнить с камнем.

Название породы

Плотность, кг/м 3

Твердость (коэффициент Бринелля)

Читайте также:  Ремонт лазерных уровней в москве бош

Вы здесь

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Рис. 3. Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.
Рис. 4. Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Рис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие.

Твёрдость — это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Читайте также:  Амбре окрашивание волос для блондинок

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

Твёрдость древесины

Эбеновое дерево

Бук

Акация белая

Дуб

Олива

Падук

Ярра

Афромозия

Кумару

Граб

Лапачо

Вяз гладкий

Амарант

Берёза

Орех грецкий

Тиковое дерево

Кемпас

Ирокко (камбала)

Бамбук

Вишня

Панга-панга

Ольха

Венге

Лиственница

Гуатамбу

Клён полевой

Клен остролистый

Сосна

Ясень

Сосна корейская

Мербау

Осина

Сукупира

Кумьер

Ятоба (мерил)

Груша

Свитения (махагони)

Сапелли

Дуссие

Липа

Мутения

Каштан

Порода дерева Твердость, МПа (кгс/см 2 )
для поверхности поперечного разреза для поверхности радиального разреза для поверхности тангенциального разреза
Липа 19,0(190) 16,4(164) 16,4(164)
Ель 22,4(224) 18,2(182) 18,4(184)
Осина 24,7(247) 17,8(178) 18,4(184)
Сосна 27,0(270) 24,4(244) 26,2(262)
Лиственница 37,7(377) 28,0(280) 27,8(278)
Береза 39,2(392) 29,8(298) 29,8(298)
Бук 57,1 (571) 37,9(379) 40,2(402)
Дуб 62,2(622) 52,1(521) 46,3(463)
Граб 83,5(835) 61,5(615) 63,5(635)

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. — важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Основные технические свойства различных древесных пород

Порода дерева Коэффициент усушки, % Механическая прочность для древесины с 15 %-ной влажностью, МПа (кгс/см 2 )
в радиальном направлении в тангенциальном направлении на сжатие вдоль волокон на изгиб скалывание
в радиальной плоскости в тангециальной плоскости
Хвойные древесные породы
Сосна 0,18 0,33 43,9 79,3 6,9(68) 7,3(73)
Ель 0,14 0,24 42,3 74,4 5,3(53) 5,2(52)
Лиственница 0,22 0,40 51,1 97,3 8,3(83) 7,2(72)
Пихта 0,9 0,33 33,7 51,9 4,7(47) 5,3(53)
Твердолиственные древесные породы
Дуб 0,18 0,28 52,0 93,5 8,5(85) 10,4(104)
Ясень 0,19 0,30 51,0 115 13,8(138) 13,3(133)
Береза 0,26 0,31 44,7 99,7 8,5(85) 11(110)
Клен 0,21 0,34 54,0 109,7 8,7(87) 12,4(124)
Ильм 0,22 0,44 48,6 105,7 13,8(138)
Вяз 0,15 0,32 38,9 85,2 7(70) 7,7(77)
Мягколиственные древесные породы
Осина 0,2 0,32 37,4 76,6 5,7(57) 7,7(77)
Липа 0,26 0,39 39 68 7,3(73) 8(80)
Черная ольха 0,16 0,23 36,8 69,2
Черная осина 0,16 0,31 35,1 60 5,8(58) 7,4(74)

Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели

Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой МПа (кгс/см 2 )
Сопротивление статическому изгибу Rt:
  • для элементов, изготовленных из круглого леса с неослабленным поперечным сечением
16(160)
  • для элементов с прямоугольным сечением (ширина 14 см, высота — 50 см)
15(150)
  • для остальных элементов
13(130)
Сопротивляемость сжатию Rсж и поверхностному сжатию Rп.сж:
  • Rп.сж вдоль волокон
13(130)
  • в плоскости, параллельной направлению волокон Rп.сж.пл
1,8(18)
Сопротивление сжатию местной поверхности Rп.сж:
  • поперек волокон в опорных местах конструкции
2,4 (24)
  • в опорных зарубках
3(30)
  • под металлическими подкладками (если углы приложения силы 90…60°)
4(40)
Сопротивляемость растяжению вдоль волокон Rраст.в:
  • для элементов с неослабленным поперечным сечением
10(100)
  • для элементов с ослабленным поперечным сечением
8(80)
Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон Rраск.в 2,4(24)
Сопротивляемость раскалыванию поперек Rраск.вволокон 1,2(12)

Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector