Densitatea lemnului de fier Wulin conform Brinell. Caracteristicile lemnului

Duritatea este capacitatea unui material de a rezista la deformarea plastică sau la rupere sub forța locală; unul din principalele proprietăți mecanice materiale. Mai ușoară este capacitatea unui material de a rezista introducerii unui alt corp mai solid în el. Duritatea depinde de structura materialului și de celelalte caracteristici mecanice ale acestuia, în principal modulul de elasticitate în timpul deformării și rezistența finală la rupere, relație cantitativă cu care este stabilită de teoria elasticității.

Metodele de măsurare a durității sunt împărțite în statice (după Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop) și dinamice (după Shore, Schwartz, Bauman, Poldi, Morin, Grave). Prin metode statice, duritatea se determină prin presarea în suprafața materialului a unui obiect solid - un indentor (bil metalic, con de metal sau diamant), a cărui deformare poate fi neglijată, sau prin zgârierea suprafeței probei. Metodele dinamice se bazează pe aplicarea unei amprente de către o minge sub sarcină de impact - la impact sau recul din materialul unui percutor în cădere liberă sau al unui pendul cu percutor. Uneori se folosește o metodă de determinare a durității prin atenuarea oscilațiilor pendulului în timpul contactului acestuia cu materialul testat, prin rezistența la uzura abrazivă, tăiere, șlefuire etc.

Tabelul de duritate a lemnului este o variație a metodei Brinell și este folosit pentru a evalua duritatea lemnului. Măsoară forța necesară pentru a împinge o minge de metal cu diametrul de 0,444 inchi (11,28 mm) în lemn cu jumătate din diametru. Testul de duritate a fost inventat de austriacul Gabriel Janka (1864-1932), care a investigat problemele de elasticitate și duritate ale diferitelor tipuri de lemn.

Valoarea durității lemnului pentru fiecare tip este într-un anumit interval, care nu este prezentat în tabel. Valorile coloanei „Test Yank” sunt preluate dintr-o sursă în limba engleză, date pentru mostre de lemn cu 12% umiditate (uscare atmosferică). Trebuie remarcat faptul că atunci când se calculează rezultatele, se ia o zonă egală cu aria secțiunii transversale a mingii în diametru, adică ≈100mm2. În conformitate cu tehnica de măsurare internă și datele de duritate date, de exemplu, în Perelygin's Wood Science, se ia aria de jumătate din suprafața mingii (≈200 mm2) presată în suprafața probei măsurate.

Astfel, dacă luăm în considerare fluctuațiile valorilor durității lemnului în funcție de umiditate, suprafața de măsurare (capăt, tangențială, radială) și condițiile măsurătorilor și calculelor, valorile date în tabel ar trebui să să fie considerate date comparative pentru a înțelege ce lemn este mai dur.

Care este duritatea lemnului conform Brinell (scara Brinell)

In primul rand duritatea lemnului depinde de conditiile de crestere si de tipul lemnului. Răspândirea valorilor poate fi destul de semnificativă chiar și în cadrul aceleiași rase. În Rusia și Europa, duritatea lemnului este cel mai adesea indicată pe scara Brinell, iar în SUA, de exemplu, pe scara Janka.

Duritatea Brinell se determină prin presarea unei bile de oțel întărit de 10 mm în diametru într-o probă de lemn cu o forță de 100 kg. După indentare, depresiunea rezultată (craterul) este măsurată și indicatorul corespunzător este calculat pe scara Brinell. Impactul se face în 30 de secunde. Indicele de duritate este cu atât mai mare, cu atât orificiul format este mai mic ca dimensiune (respectiv, cu cât lemnul este mai dur). Esența acestei metode de cercetare (testare) este de a determina capacitatea lemnului de a introduce obiecte solide în el.

Valoarea durității este influențată de mulți factori: conținutul de umiditate al lemnului, tipul de tăiere (radială, semiradială, tangenţială) și alți factori. Toate tipurile de lemn sunt în general împărțite în trei grupe în funcție de duritate:

1) specii moi - foioase (de exemplu, aspen, arin, tei)

2) tare - zada siberiana, artar, fag, mar, frasin, mesteacan (duritate finala de la 38,6 la 82,5 MPa).

3) foarte dur - salcâm, câini, cimiș, carpen (duritate la capăt peste 82,5 MPa).

Pentru producerea parchetului se folosesc specii de lemn la care duritatea pe scara Brinell este cel putin medie. Calculați duritatea lemnului conform Brinell după cum urmează: sarcina aplicată trebuie împărțită la suprafața amprentei.

Duritatea lemnului din aceeași specie poate varia semnificativ în funcție de tăiere (filierele de tăiere radială sunt mai dure decât tăierea tangenţială). Tabelul de mai jos prezintă valorile medii pentru un număr de specii de lemn.

Testul Brinell (standardul european EN 1534) a fost dezvoltat de inginerul suedez Johan August Brinell în 1900. De atunci, a fost metoda oficială și acceptată pentru determinarea durității lemnului.

Salcâm	7.1
Afrormozia (Afrormozia)	3.3
Bambus	4.0
mesteacăn (Betula)	3.5
mesteacăn de Karelian (Betula verrucosa)	3.5
Fag (Buche)	3.8
Wenge	4.3
Cireașă	3.1
Carpenul (Carpinus)	3.7
Pară	4.2
Doussie	4.5
Stejar	3.7
Zebrano (Zebrano)	4.5
Ipe (Lapacho) (Ipe)	5.9
Iroko (Iroko)	3.5
Kempas	4.9
arțar	4.1
zada (zada)	2.5
Mahon (Mahagoni)	5.0

Duritatea lemnului este importantă atunci când se prelucrează cu scule tăietoare (ferăstrău, rindeluit, decojire), precum și în cazurile în care lemnul de la suprafață este supus la abraziune (pardoseli, pavaje din lemn) sau la șocuri și șocuri. Pentru lemn exista duritate finala, radiala si tangentiala in functie de suprafata pe care este determinata. Testele sunt efectuate pe mostre sub forma unui cub cu latura de 50 mm. Duritatea finală este determinată prin presarea unui poanson din oțel cu un capăt semisferic în lemn, al cărui diametru este de 11,28 mm.

Poansonul este presat la o adâncime de rază (5,64 mm) la o viteză uniformă timp de 2 minute (zona de proiecție a amprentei 1 cm 2); pe scara mașinii, sarcina la sfârșitul imersării poansonului se numără cu o precizie de 5 kg; această sarcină este o caracteristică a durității. Duritatea finală determinată prin această metodă depășește duritatea laterală conifereîn medie cu 40%, iar la foioase cu o medie de 30% (la cele tari cu 33%, la cele moi cu 26%). Dintre cele două tipuri de duritate laterală, duritatea provizorie a speciilor de lemn cu raze de miez bine dezvoltate (stejar, fag, ulm) este ceva mai mare decât cea radială, dar diferența este mică (5 - 10%); în majoritatea rocilor, ambele tipuri de duritate laterală ar trebui considerate practic la fel.

În tabel. 40 prezintă indicatorii de duritate pentru principalele specii forestiere. Pe baza datelor disponibile, speciile noastre pot fi împărțite în următoarele trei grupe în funcție de duritatea finală a lemnului: I - specii moi (duritate 350 kg/cm2 sau mai puțin); II - roci dure (duritate de la 351 la 750 kg / cm 2); III - rocile sunt foarte dure (duritate mai mare de 750 kg/cm2). Metoda descrisă mai sus pentru determinarea durității oferă o caracterizare a durității statice. Odată cu aceasta, duritatea poate fi determinată și în timpul interacțiunii de impact a corpurilor.

Metoda adecvată este următoarea: o bilă de oțel cu diametrul de 25 mm este aruncată pe suprafața lemnului de testat de la o înălțime de 0,5 m; lovind lemnul, mingea lasă o amprentă pe suprafață, a cărei amploare va fi cu atât mai mare, cu atât duritatea lemnului este mai mică. Împărțind munca depusă la impact (produsul greutății mingii la înălțimea căderii acesteia) la aria amprentei în milimetri pătrați, obținem caracteristica durității la impact (G mm / mm 2). Datorită ușurinței de determinare, duritatea la impact ar putea fi utilizată pentru o evaluare preliminară a calității lemnului în câmp. Se recomandă ca duritatea la impact să fie determinată pe suprafața unei tăieturi radiale a lemnului, deoarece în acest caz se obțin cele mai bune rezultate.

Tabelul 40. Duritatea lemnului.

	Duritate, kg/cm2
	fata cu umiditate	radial cu umiditatea	tangențială cu umiditatea

zada

brad siberian


Salcâm alb

Pentru măsurarea durității lemnului sunt utilizate diferite tipuri de metode:

Statisticile (conform lui Brinell, Rockwell, Knoop, Vickers) reprezintă indentarea unui obiect foarte dur în suprafața lemnului. Acest obiect poate fi un con de diamant sau o minge de metal; deformarea lor poate fi neglijată;
În metodele dinamice (după Shore, Morin, Bauman, Schwartz, Grave), se creează o amprentă de minge în materialul sub încărcare de impact;
În unele cazuri, duritatea este determinată de rezistența la abraziune și șlefuire.

Schema grafica de masurare a duritatii lemnului dupa: a) Brinell; b) Rockwell; c) Vickers.

Metoda Johan August Brinell

Metoda Brinell este folosită pentru a determina duritatea lemnului. Rezultatul său este un indicator numeric, în Rusia și Europa este indicat pe lemn și indică duritatea acestuia. Esența metodei în sine este următoarea: o mică minge de oțel cu un diametru de 10 mm este presată într-un mic fragment din materialul studiat cu o forță de 100 kg. Se măsoară gaura care rămâne după aceasta. Duritatea arborelui și indicatorul de pe scara Brinell sunt cu atât mai mari, cu atât mai mică este urma mingii.

Atunci când alegeți un parchet, este logic să vă familiarizați cu duritatea Brinell a materialului selectat. Pentru a crește durabilitatea parchetului la fabricarea lemnului de înaltă calitate, se folosește de obicei lemn cu un nivel mediu de duritate. Înainte de a face alegerea finală a materialului pentru pardoseală, nu va fi de prisos să vă uitați la caracteristicile celor mai populare specii de copaci.

Susceptibilitatea la stres mecanic depinde direct de cât de mare este valoarea indicelui de duritate. Cu cât este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să detecteze zgârieturi chiar și după o utilizare prelungită.

Tabelul de mai jos prezintă valorile numerice ale durității Brinell ale celor mai comune specii de arbori. Aceste date comparative vă permit să înțelegeți ce tip de material lemnos are cea mai mare duritate. Cele mai tari specii de lemn sunt și cele mai scumpe: de regulă, acestea sunt soiuri exotice de lemn.

Putem spune că duritatea unui material lemnos reflectă capacitatea acestuia de a rezista la pătrunderea unui corp străin de o anumită formă. În mod convențional, se pot distinge trei grupe de arbori: moi, tari și foarte tari. Indicele de duritate final al arborilor moi este de 40 MPa. Lemnul de esență tare include lemnul cu o duritate finală în intervalul de la 40 la 80 MPa. Speciile de lemn foarte tare se caracterizează prin duritate finală de peste 80 MPa.

Indicele de duritate al materialului lemnos trebuie luat în considerare la prelucrarea cu freză sau ferăstrău. De asemenea, este necesar să se țină cont de faptul că nodurile și creșterile provoacă dificultăți: duritatea lor este mai mare decât cea a copacului în sine.

Indicele de rezistență la impact reflectă cât de bine material lemnos capabil să absoarbă munca la impact, păstrând în același timp integritatea. Pentru a-l determina, se efectuează teste de îndoire. O bilă de oțel cu diametrul de 2,5 cm este aruncată de la o înălțime de 50 cm pe o bucată mică de lemn. Mărimea probei depinde de valoarea indicelui de duritate a lemnului: cu cât duritatea este mai mică, cu atât suprafața este mai mare. Rezistenta medie la impact lemn de esenta tare copacii depășește de 2 ori rata coniferelor. Este logic să se țină cont de el în cazurile în care lemnul este supus la abraziune sistematică și este utilizat la fabricarea scărilor și balustradelor, decorarea podelei.

Metoda Gabriel Janck

Metoda de măsurare a durității Yank diferă de Brinell prin aceea că o bilă de oțel cu un diametru puțin mai mare este luată pentru testare (11,28 mm în loc de 10 mm conform Brinell) + nu măsoară orificiul format ca urmare a căderii bilei, dar forța cu care este necesar să presați mingea în lemn astfel încât să se adâncească în el cu 50% din diametrul său.

Tabelul nu arată intervalele în care se află valoarea durității diferitelor tipuri de lemn. Valorile scalei Jank sunt preluate din surse în limba engleză și corespund lemnului după uscare atmosferică, conținutul de umiditate al acestuia este de 12%.

Speciile de lemn și condițiile climatice ale zonei în care crește sunt în cele din urmă factorii determinanți pentru duritatea lemnului, astfel încât chiar și în cadrul aceleiași probe de rocă există o variație enormă a valorilor. În țările europene și în Rusia, duritatea este de obicei indicată în unități pe scara Brinell, iar în SUA datele pe scara Janka sunt utilizate pe scară largă.

În multe privințe, durabilitatea, rezistența și rezistența la uzură a pardoselilor din lemn natural depind de duritatea tipurilor de lemn utilizate în acestea. Duritatea speciilor de lemn din parchet bucată, masive, inginerești și plăci de parchet afectează în mod direct probabilitatea de apariție a unor lovituri pe suprafața lor din cauza impactului, călcâielor, căderii obiectelor solide, presiunii din picioarele mobilierului greu.

Cu cât indicele de duritate al lemnului este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să întâmpinați lovituri și alte consecințe neplăcute în timpul funcționării unui pardoseală din lemn. Duritatea lemnului poate fi definită și ca fiind capacitatea sa de a rezista la distrugere și deformare în timpul funcționării sub influența unei forțe externe.

În acest caz, coeficientul de duritate poate varia oarecum chiar și în cadrul aceleiași specii de arbori. Depinde de o serie de factori: umiditatea, clima de creștere și vârsta arborelui, momentul recoltării lemnului și chiar modul în care a fost tăiat.

Este posibil să distingem condiționat 4 grupuri de soiuri de lemn:

moale - aspen, plop, tei, molid, arin, pin;
duritate medie - mesteacăn, zada;
solid - ulm, arțar, stejar, fag, salcâm, par, cireș;
foarte greu - palan, măslin, tisa.

Metode de determinare a durității lemnului în pardoseli

Până în prezent, duritatea pardoselilor din lemn este determinată de două metode principale: conform lui Brinell și Yank, care, totuși, sunt foarte asemănătoare între ele și au apărut aproximativ în același timp (la începutul secolelor precedente, dar Brinell metoda a fost propusă puțin mai devreme - în anul 1900).

Cu toate acestea, metoda inginerului suedez Brinell este folosită pentru a testa duritatea nu numai a lemnului, ci și a metalelor și a altor materiale, inclusiv aliaje, iar metoda tehnologului austriac Jank este utilizată exclusiv pentru a determina proprietățile de uzură și duritate ale lemnului. .

Ambele metode sunt utilizate pe scară largă în practică, dar prima (duritatea Brinell) este mai des indicată pe pachetele de parchet în Rusia, iar a doua (duritatea Jank) - în SUA. Ambele metode sunt folosite în Europa. La măsurarea durității prin metoda Jank se folosesc diverse unități de forță (în SUA - liră-forță în lbf, în Suedia - kilogram-forță în kgf, în Australia - newton în N și kilonewton în kN).

Scara de duritate Brinell pentru parchet

Metoda de măsurare a durității Brinell a fost, în special, descrisă în detaliu în GOST 9012-59. Esența sa se rezumă la următoarele: o minge de oțel întărit cu un diametru de până la 10 mm timp de 10-15 secunde sub o sarcină de 3000 kgf este presată în suprafața lemnului, care trebuie să fie netedă, uniformă și în unele cazuri. carcase lustruite (la folosirea unei mingi cu diametrul de 1 mm).

În urma testului, pe suprafața lemnului se formează o gaură, al cărei centru trebuie să fie la cel puțin 40 mm distanță de marginea probei de scândură de parchet (pentru o bilă de 10 mm) pentru a obține un legitim rezultat. Diametrul amprentei rezultate este măsurat de un dispozitiv cu o scară cu diviziuni, iar indicele de duritate a lemnului este calculat folosind o formulă specială și scris ca HB.

Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, valoarea HB nu este calculată prin formulă, ci este determinată imediat din tabel, unde depinde direct de dimensiunea (diametrul) puțului. Cu alte cuvinte, conform metodei Brinell, cu cât amprenta pe suprafața parchetului este mai puțin adâncă, cu atât lemnul acestuia este mai dur.

Astfel, atunci când alegeți o pardoseală din lemn natural, ar fi util să vă uitați la tabelul de duritate a tipurilor de lemn, mai ales dacă aveți de gând să puneți mobilier greu pe parchet.

Amintiți-vă că, potrivit Brinell, cel mai mult lemn moale este molid și pin (duritatea lor nu depășește 1,3 HB și, respectiv, 1,6 HB), iar cel mai soiuri dure bambusul și thali sunt considerate. In orice caz, valoarea duritatii lemnului folosit in pardoseala nu trebuie sa fie mai mica de 2,6 HB. În special, popularul parchet de stejar are o valoare a durității destul de acceptabilă de 3,7 HB, dar nu cea mai mare dintre toate podelele din lemn.

Scara de duritate Janka pentru parchet

Duritatea lemnului conform metodei Jank este determinată și de presiunea unei bile de metal pe suprafața sa, însă se înregistrează în valoarea forței care trebuie aplicată astfel încât o bilă cu diametrul de 11,28 mm să fie presat în lemn cu jumătate din dimensiunea lui.

Ca și în cazul metodei Brinell, factorul de duritate al lemnului conform metodei Jank poate varia în funcție de conținutul de umiditate al lemnului și de alți factori externi. În acest sens, valorile din tabel sunt mediate și sunt date în primul rând pentru ca consumatorul să înțeleagă duritatea unui anumit tip de lemn în comparație cu alte soiuri.

După cum puteți vedea, metoda lui Jank a confirmat moliciunea lemnului de pin, molid și zada. Aceasta include și teiul, castanul, cucuta și arinul cu valori de duritate Jank de 186 kgf, 245 kgf, 227 kgf și, respectiv, 268 kgf. Varietățile de duritate medie includ platanul (349 kgf) și mahonul (363-376 kgf). Mai tare este nucul american (458 kgf).

După cum se poate observa din diagramă, parchetul de stejar nu este cel mai dur: duritatea stejarului roșu este de 571 kgf, iar stejarul alb este de 617 kgf pe scara Jank. Similar ca duritate va fi parchetul bucata, parchetul sau placile solide din fag sau frasin. Bamboo, pe de altă parte, nu a obținut un scor mare la Janka, spre deosebire de metoda Brinell.

Cele mai dure specii de lemn conform metodei Jank au fost soiuri precum lemnul de tigru, lemnul de abanos (negru) și tamarindul, iar chifla australian (2295 kgf) a devenit lider printre ele în ceea ce privește duritatea.

În general, rezultatele testelor pentru ambele teste sunt similare, așa că atunci când cumpărați o pardoseală din lemn, vă puteți ghida după oricare dintre ele. Ei bine, pentru cei mai pretentiosi clienti, recomandam verificarea valorilor de duritate ale pardoselii selectate conform ambelor tabele pentru a fi absolut sigur de alegerea dvs.

Cum să alegeți o pardoseală din lemn pentru duritate și să evitați loviturile în timpul funcționării

Parchetul bloc, scândurile solide și prelucrate sunt compuse în întregime din lemn masiv (fără a socoti baza de placaj a acestuia din urmă, care nu afectează duritatea acoperirii), și de aceea duritatea conform Brinell sau Yank este indicată pentru întreaga pardoseală din lemn. , in functie de tipul de lemn.

Spre deosebire de acestea, placa de parchet include 3 straturi. În cele mai multe cazuri, toate straturile sunt realizate din lemn masiv, totuși, la determinarea durității unei plăci de parchet, se ia în considerare doar stratul superior al acesteia. Astfel, atunci când alegeți o scândură de parchet, este necesar să țineți cont de duritatea doar a tipului de lemn care alcătuiește stratul superior al acestuia. Poate fi stejar, fag, wenge, cireș, merbau și altele. rase valoroase lemn de diferite durități, inclusiv cele exotice.

Alegerea corectă a podelei din lemn, ținând cont de duritatea acesteia și de sarcinile planificate în timpul funcționării, vă va permite să evitați loviturile pe suprafața sa, păstrând în același timp un aspect atractiv pentru mulți ani.