ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ Одним из важнейших свойств древесины является ее усадка. Линейные размеры древесины уменьшаются в процессе сушки, а противоположный процесс - так называемое растрескивание -идет при поглощении влаги из воздуха. Эти явления происходят при изменении содержания связанной воды (насыщающей), а содержание свободной (капиллярной) воды не влияет на изменение объема древесины. Величина объемной усадки приблизительно равна объему связанной (насыщающей) воды, отданной древесиной при сушке. Линейная усадка различных пород древесины приведена в табл. 34.1.
Неодинакова величина усадки при сушке в направлениях оси, лучей и по окружности. Эти величины наименьшие в направлении оси древесины (0,12-0,36 %), выше в направлении лучей (3-8 %) и самые высокие по окружности (6-13 %). Разная линейная усадка в направлении лучей и по окружности вызывает коробление досок и изменение формы поперечного сечения. Более быстрая и большая усадка по окружности, чем вдоль лучей, при сушке является главной причиной растрескивания древесины.
Растрескивание легче происходит в более толстых сечениях. На рис. 34.2. показано разное деформирование, возникающее в результате неодинаковой усадки по сечению ствола дерева.
Плотность древесины (собственная масса) зависит от степени ее влажности и пористости. В связи с этим различают плотность свежесрубленной, воздушно-сухой и полностью сухой древесины. В зависимости от плотности древесины в воздушно-сухом состоянии различают
Породы
Граб, тис, гваяк, эбен, эвкалипт Белая акация (акация), бук, дуб, ясень, орех, груша, слива Береза, клен, явор (белый клен), лиственница, вяз Каштан, красное дерево Сосна обыкновенная, ель, пихта, липа, ольха, осина, кедр, тик Тополь, белая сосна
Механические свойства древесины зависят от направления действия силы по отношению к волокнам. Различают прочность древесины вдоль и поперек волокон. Наиболее существенными являются прочность при сжатии, изгибе и растяжении. Разница в прочности отдельных пород древесины является следствием их различной плотности. Несмотря на то, что прочность при растяжении древесины значительна, близка к прочности некоторых цветных металлов, например некоторых бронз и латуней, в практике избегают применять деревянные элементы, работающие на растяжение, учитывая малую прочность древесины, вызванную напряжениями среза и сжатия в месте закрепления. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 3 раза меньше, чем при растяжении.
Одной из важных характеристик, определяющих пригодность древесины для использования в промышленности, является ее твердость. Твердость древесины растет по мере роста ее плотности. На основе определения твердости по методу Бринелля древесина разделена на пять классов твердости (табл. 34.2).
ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
Торговая древесина делится на:
• круглую древесину (окоренную) необработанную, например кругляки лесопилки, строительные, шахтные столбы, балансовая древесина;
• круглую обработанную древесину, например пиломатериалы (доски, бревна, брусы), паркет и клепки, шпалы и др.;
• дровяную древесину.
Из древесины производят следующие группы материалов.
• Фанеры — тонкие древесные плиты (толщиной 0,4—3,0 мм), полученные при внецентренном или окружном срезании различных пород круглой древесины, благодаря чему обычно получаются материалы с эффектными послойными узорами, цветом и блеском.
• Клееные фанеры - плиты, склеенные из нечетного количества фанерных листов, причем волокна в прилегающих слоях находятся под прямым углом. Физические и механические свойства клееной фанеры зависят от породы древесины, качества фанерных слоев, толщины и состава фанеры, вида клея и способа склеивания. По стандарту различают сухо-стойкие, полуводостойкие и водостойкие. Толщина краевой клееной фанеры составляет 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 и 20 мм, длина 1120-2440 мм, а ширина 650-2440 мм.
• Древесноволокнистые плиты - плиты, изготовленные из древесных волокон с добавлением или без добавления химических веществ. Они делятся на мягкие (пористые) плотностью менее 400 кг/м3, полутвердые плотностью 400-800 кг/м3, твердые плотностью более 800 кг/м3 и очень твердые плотностью более 900 кг/м3. Мягкие плиты имеют толщину 9,5-25 мм, остальные - толщину 2,4-6,4 мм. По применению древесноволокнистые плиты делятся на плиты общего назначения и специального назначения (водостойкие, грибостойкие, насе-комостойкие и негорючие). Применяются также как декоративные или звукозащитные материалы.
• Костровые плиты — стружечно-коегровые, полученные при склеивании синтетическим клеем под давлением льняных и конопляных костров, а также древесной стружки или опилок. Толщина плит составляет 8-50 мм, а плотность 300-740 кг/м3. В зависимости от способа изготовления и окончательной обработки различаются прессованные, штампованные, одно-, двух- и пятислойные, полные и пустотелые, с натуральной, облагороженной и фанерной поверхностью.
• Плиты стружечно-цементные - это строительные плиты, получаемые из непромокаемой пропитанной (например, хлоридом кальция) древесной стружки и цемента, размерами 2000 х 500 мм и различной толщины.
• Древесностружечные плиты — плиты из мелкой древесной стружки толщиной 0,05-0,6 мм, шириной 1-6 мм и длиной 200-500 мм, полученной из округлой древесины или ело-
вых, пихтовых, сосновых, тополиных, осиновых и липовых щепок. Древесностружечные плиты характеризуются легкостью, мягкостью, эластичностью, воздухопроницаемостью, имеют также хорошие теплоизоляционные свойства. В зависимости от назначения плиты делятся на упаковочные и строительные. Применяются также в качестве обоев. > Другие материалы, например лигнофол (слоистый материал в виде плит, изготовленный из водостойкой фанеры, склеенной синтетическим клеем под давлением), лигностон (древесина, упрочненная прессованием под давлением до 40 МПа при температуре 70-160 °С), щепки (размельченная древесина или отходы лесопильного производства) и мягкая древесина, применяемые в производстве пластмасс и взрывчатых материалов.
Строение дерева
Растущее дерево состоит из кроны, ствола и корней. При жизни дерева каждое из этих частей выполняет свои определенные функции и имеет различное допромышленное применение.
Крона состоит из ветвей и листьев (или хвой).
Ствол - это часть дерева от корней до вершины, несущая на себе ветви. Ствол растущего дерева проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами - вниз по лубу к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины и имеет промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комелем.
Корни проводят воду с растворенными в ней минеральными веществами вверх по стволу; хранят запасы питательных веществ и удерживают дерево в вертикальном положении.
Поперечный разрез ствола:
1. серцевина
2. серцевинные лучи
3. ядро
4. пробковый слой
5. лубяной слой
6. заболонь
7. камбий
8. годичные слои
Заболонь, ядро:
Древесина лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. При этом у одних пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), а других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая - заболонью. У некоторых безъядровых пород наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называется ложным ядром.
Металлические мат-лы
1) Общая хар-ка, св-ва и стр-ра:
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Металлы и их сплавы повсеместно используются для конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов, керамики, клеев, металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.
В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы (Pt, Au, Ag, Hg, Си). Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра - 13,5 т, золота - 112 кг.
Из 109 открытых элементов, представленных в периодической системе элементов Д. И. Менделеева (см. форзац), 22 являются неметаллами. Все элементы, расположенные левее жирной ступенчатой линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85).относятся к металлам, а правее - к неметаллам. Эта граница не является абсолютно строгой, среди элементов, расположенных вблизи гранцы, находятся и элементы, промежуточ-
ные между металлами и неметаллами, иногда называемые полуметаллами .
Металлические материалы обычно делятся на две большие группы: железо и сплавы железа (сталь и чугун) называют черными металлами, а остальные металлы и их сплавы — цветными. Кроме того, все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:
• легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см3;
• тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см3;
• легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления соответственно 232, 327, 410 °С;
• тугоплавкие металлы W, Мо, Та, Nb с температурой плавления существенно выше, чем у железа (> 1536 °С);
• благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;
• урановые металлы, или актиноиды (актиниды), используемые в атомной технике;
• редкоземельные металлы (РЗМ) - лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;
• щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометалличе-ских теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий - для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.
Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре -38,8 "С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С (!ГПЛ = 3410 °С), литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся:
• высокая пластичность;
• высокие тепло- и электропроводность;
• положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры, и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при температурах, близких к абсолютному нулю;
• хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск);
• термоэлектронная эмиссия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве;
• кристаллическое строение в твердом состоянии.
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Общее свойство металлов и сплавов - их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-крис-таллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.
Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Так называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла (рис. 1.1).
В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния а, Ь и с между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки. Величина их в металлах порядка 0,1-0,7 нм, размеры элементарных ячеек 0,2-0,3 нм.
Для однозначного описания элементарной ячейки кристаллической решетки необходимо знание величин параметров а, Ь, с и углов между ними.
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Различают физические, химические, технологические и механические свойства. Физические свойства определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. К физическим свойствам относятся плотность, теплоемкость, температура плавления, термическое расширение, магнитные характеристики, теплопроводность, электропроводность.
Под химическими свойствами понимают способность материалов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляемость окислению, проникновению газов и химически активных веществ. Характерным примером химического взаимодействия среды и металла является коррозия.
Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность подвергаться горячей и холодной обработке, в том числе при выплавке, горячем и холодном деформировании, обработке резанием, термической обработке и особенно сварке. При рассмотрении свойств отдельных видов материалов их технологичности будет уделено соответствующее внимание.
Целесообразность применения тех или иных материалов определяется не только их свойствами, но и их стоимостью.
При конструировании изделий в первую очередь руководствуются механическими свойствами материалов. Механические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок. Механические нагрузки могут быть статическими, динамическими и циклическими. Кроме того, материалы могут подвергаться деформации и разрушению как при разных температурах, так и в различных, в том числе агрессивных, средах.
2) Стали применяемые в стр-ве, арматурные стали:
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Конструкционные стали должны обладать высокой конструктивной прочностью, обеспечивать длит и надежную работу кон-ции в усл-ях экспл-ции. Поэтому особенность требований, предъявляемых к конструкционным материалам, состоит в необходимости обеспечения комплекса высоких механич св-в, а не одной какой-либо хар-ки.
Материалы, идущие на изготовление конструктивных эл-тов, деталей машин и механизмов, должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляться ударным нагрузкам, обладая запасом вязкости. При знакопеременных нагрузках конструкционные мат-лы должны обладать высоким сопротивлением усталости, а при трении — сопротивлением износу. Во многих случаях необходимо сопротивление коррозии. Учитывая, что в деталях всегда имеются дефекты, являющиеся концентраторами напряжений, конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению и распространению трещин.
Помимо высокой надежности и конструктивной прочности конструкционные мат-лы должны иметь высокие технологические св-ва - хорошие литейные свойства, обрабатываемость давлением, резанием, хорошую свариваемость. Конструкционные материалы должны быть дешевы и не должны содержать дефицитных легирующих элементов.
Из всех мат-лов, применяемых в настоящее время и прогнозируемых в будущем, только сталь позволяет получать сочетание высоких значений различных механических характеристик и хорошую технологичность при сравнительно невысокой ст-ти. Поэтому сталь является осн и наиболее распростр-ым конструкционным мат-лом. Легирование позволяет повысить уровень механических свойств.
Осн преимуществами легированных конструкционных сталей перед углеродистыми явл более высокая прочность за счет упрочнения феррита и большей прокаливаемости, меньший рост аустенитного зерна при нагреве и повышенная ударная вязкость, более высокая прокаливаемость и возможность применения более мягких охладителей после закалки, устойчивость против отпуска за счет торможения диффузионных процессов. Отпуск при более высокой температуре дополнительно снижает закалочные напряжения. Легированные стали обладают более высоким уровнем механических свойств после термической обработки. Поэтому детали из легированных сталей, как правило, должны подвергаться термической обработке.
Различают следующие виды конструкционных сталей: 1) углеродистые, в том числе автоматные стали; 2) строительные; 3) цементируемые; 4) улучшаемые; 5) высокопрочные; 6) рессорно-пружинные; 7) подшипниковые; 8) износостойкие.
Арматура в ж/б конструкциях воспринимает растягивающие напряжения, основной характеристикой арматурной стали явл. диаграмма растяжения Арматурные стали применяемые в строительстве подразделяются
- углеродистые
- легированная (для высокий прочной арматуры)
Передел упругости напряжения при котором сохраняется линейный закон Гука, предел текучести напряжения которому соответствует площадка предела текучести, временное сопротивление напряжению представленное разрушению
(Схема)
Классификация арматуры
1. по способу изготовления
- горячекатаная стержневая арматура
- холодно тянутая проволочная
- термически упрочненная горячее катанная
- термомеханически упрочненная
- арматура упрочненная вытяжкой
2. по назначению
- рабочая – устанавливается по расчету
- монтажная – без расчета для равномерного распределения нагрузки
3. по виду поверхности
- гладкая
- периодического профиля
4. по виду работы в ж/б конструкциях
- обычная
- предварительно напряженная
Полимеры и пластмассы
|