Твердость древесины это способ

Твердость древесины

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)

Источник

Определение твердости древесины методами Бринелля и Янка

Отличия статических методов от динамических

Для измерения твердости дерева применяются разные типы методов:

• Статистические (по Бринеллю, Роквеллу, Кнупу, Викерсу) представляют собой вдавливание сверхтвердого предмета в поверхность древесины. Этим предметом может служить алмазный конус или металлический шарик; их деформацией можно пренебречь;
• В динамические методах (по Шору, Морину, Бауману, Шварцу, Граве) происходит создание в материале отпечатка шариком при ударной нагрузке;
• В некоторых случаях твердость определяется по сопротивлению абразивному изнашиванию и шлифованию.

Графическая схема измерения твердости древесины по: а) Бриннелю; б) Роквеллю; в) Виккерсу.

Метод Юхана Августа Бринелля

Для того, чтобы определить твердость древесины применяют метод Бринелля. Его результатом является числовой показатель, в России и Европе он указывается на древесине и обозначает ее твердость. Суть самого метода состоит в следующем: в небольшой фрагмент исследуемого материала с силой 100 кг вдавливается небольшой стальной шарик диаметром 10 мм. Лунку, которая после этого остается, измеряют. Твердость дерева и показатель на шкале Бринелля тем выше, чем меньше след от шарика.

При выборе паркетного покрытия имеет смысл ознакомиться с тем, какую твердость по шкале Бринелля имеет выбранный материал. В целях увеличения длительности срока службы при изготовлении качественного паркета обычно используется древесина среднего уровня твердости. Перед тем, как совершить окончательный выбор материала для оформления пола, не будет лишним посмотреть характеристики самых популярных древесных пород.

Подверженность механическому воздействию напрямую зависит от того, насколько высоко значение показателя твердости. Чем оно выше, тем меньше вероятность обнаружить царапины даже после длительной эксплуатации.

В таблице ниже представлены численные значения твердости наиболее распространенных древесных пород по Бринеллю. Эти сравнительные данные позволяют понять, какой вид древесного материала имеет наибольшую твердость. Самые твердые древесные породы являются и самыми дорогими: как правило, это экзотические сорта дреесины.

Таблица твердости древесины по Бринеллю

Можно сказать, что твердость древесного материала отражает его способность сопротивляться внедрению инородного тела определенной формы. Условно можно выделить три группы деревьев: мягкие, твердые и очень твердые. Показатель торцовой твердости мягких деревьев равен 40 МПа. К твердым относится древесина с торцовой твердостью в диапазоне от 40 до 80 МПа. Очень твердые породы дерева характеризуются торцовой твердостью свыше 80 МПа.

Показатель твердости древесного материала обязательно должен быть учтен при обработке фрезером или пилой. Также необходимо учесть и то, что вызывают трудности сучки и наросты: их твердость выше, чем у самого дерева.

Показатель ударной вязкости отражает то, насколько хорошо древесный материал способен поглощать работу при ударе, сохраняя при этом целостность. Для его определения проводятся испытания на изгиб. Шарик из стали диаметром 2,5 см сбрасывают с высоты 50 см на небольшой образец древесины. Величина образца зависит от значения показателя твердости дерева: чем меньше твердость, тем больше площадь. В среднем показатель ударной вязкости лиственных пород деревьев превышает в 2 раза показатель хвойных пород. Имеет смысл принимать его во внимание и в случаях, когда древесина подвергается систематическому истиранию и используется в изготовлении лестниц и перил, оформлении пола.

Метод Габриэля Янка

Метод измерения твердости Янка отличается от Бринелля тем, что для испытания берется стальной шарик немного большего диаметра (11.28 мм вместо 10 мм по Бринеллю) + замеряют не образовавшуюся в результате падения шарика лунку, а силу, с которой необходимо вдавить шарик в древесину, чтобы он углубился в нее на 50% своего диаметра.

В таблице не приведены диапазоны, в которых находится значение твердости различных видов древесины. Значения по шкале Янка заимствованы из англоязычных источников и соответствуют древесине после атмосферной сушки, ее влажность при этом составляет 12%.

Порода дерева и особенности климатических условий местности, в которой оно растет, в конечном итоге являются определяющими факторами для твердости древесины, поэтому даже внутри одного и того же образца породы бывает колоссальный разброс значений. В Европейских странах и в России твердость обычно указывается в единицах по шкале Бринелля, а в США широко используются данные по шкале Janka.

Источник

Твердость древесины

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.

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.

Плотность, кг/м 3

Твердость (коэффициент Бринелля)

Источник

Название породы