Улин железное дерево плотность по бринеллю. Характеристики древесины

Твердость - это способность материала сопротивляться пластической деформации или разрушению при местном силовом воздействии; одно из основных механических свойств материалов. Проще - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Зависит твердость от структуры материала и других его механических характеристик, главным образом модуля упругости при деформации и предела прочности при разрушении, количественная связь с которыми устанавливается теорией упругости.

Методы измерения твердости делятся на статические(по Бринеллю, Викерсу, Роквеллу, Кнупу) и динамические(по Шору, Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве). Статическими методами твердость определяют вдавливанием в поверхность материала какого-либо твердого предмета - индентора(металлического шарика, металлического или алмазного конуса), деформацией которого можно пренебречь, или царапанием поверхности образца. Динамические методы основаны на нанесении отпечатка шариком при ударной нагрузке - при ударе или по отскоку от материала свободно падающего бойка или маятника с бойком. Иногда используют метод определения твердость по затуханию колебаний маятника при его контакте с испытуемым материалом, по сопротивлению абразивному изнашиванию, резанию, шлифованию и др.

Таблица твердости древесины является вариацией метода Бринелля и используется для оценки твёрдости древесины. Он заключается в измерении силы, необходимой для вдавливания металлического шара диаметром 0,444 дюйма (11.28мм.) в древесину на половину своего диаметра. Тест твёрдости изобрёл австриец Габриэль Янка (Gabriel Janka, 1864-1932), который исследовал проблемы упругости и твёрдости разных сортов древесины.

Значение твердости древесины для каждого вида находится в определенном диапазоне, который в таблице не приводится. Значения столбца "Тест Янка" взяты из англоязычного источника, приведены для образцов древесины 12% влажности (атмосферная сушка). Следует заметить, что при вычислении результатов берется площадь равная площади сечения шарика по диаметру, то есть ≈100мм2. Согласно же отечественной методике измерений, и данных твердости, приведенных, например, в "Древесиноведении" Перелыгина, берется площадь половины поверхности шарика(≈200мм2), вдавливаемого в поверхность измеряемого образца.

Таким образом, ежели учитывать колебания значений твердости древесины в зависимости от влажности, поверхности измерения(торцовая, тангентальная, радиальная) и условий измерений и вычислений, следует рассматривать приведенные значения в таблице, как сравнительные данные для понимания того, какая древесина тверже.

Что такое твердость древесины по Бринеллю (шкала Бринелля)

В первую очередь твердость древесины зависит от условий произрастания и от породы дерева. Разброс значений может быть весьма значительный даже в пределах одной породы. В России и Европе твердость древесины чаще всего указывают по шкале Бринелля, а в США например по шкале Janka.

Твердость по Бринеллю определяют путем вдавливания в бразец древесины закаленного стального шара диаметром 10 мм с силой в 100 кг. После вдавливания производят замер образовавшегося углубления (кратера) и рассчитывают соответствующий показатель по шкале Бринелля. Воздействие оказывают в течении 30 секунд. Показатель твердости тем выше, чем меньше образовавшаяся лунка по размерам (тем соответственно древесина тверже). Суть этого метода исследования (испытания) заключается в определении способности древесины к внедрению в нее твердых предметов.

На величину твердости оказывают влияние множество факторов: влажность древесины, вид распила (радиальный, полурадиальный, тангенциальный) и другие факторы. Все породы дерева по твердости делятся обобщенно на три группы:

1)мягкие --лиственные породы(напр. осина,ольха,липа)

2) твердые - сибирская лиственница, клен, бук, яблоня, ясень, береза (торцовая твердость от 38,6 до 82,5 МПа).

3) очень твердые - акация, кизил, самшит, граб(торцовая твердость более 82,5 МПа).

Для производства паркета используются породы древесины, у которых твердость по шкале Бриннеля как минимум средняя. Рассчитывают твердость древесины по Бринеллю следующим образом: приложенную нагрузку нужно поделить на площадь поверхности отпечатка.

Твердость древесины одной породы может значительно отличаться в зависимости от распила (плашки радиального распила тверже тангенциального распила). В таблице ниже приведены усредненные значения по ряду пород древесины.

Тест Бринелля (европейский стандарт EN 1534) разработан шведским инженером Йоханом Аугустом Бринеллем в 1900г. С тех пор он является официальным и общепринятым методом определения твердости дерева.

Акация (Acacia)	7.1
Афрормозия (Afrormosia)	3.3
Бамбук (Bamboo)	4.0
Берёза (Betula)	3.5
Берёза карельская (Betula verrucosa)	3.5
Бук (Buche)	3.8
Венге (Wenge)	4.3
Вишня (Cherry)	3.1
Граб (Cárpinus)	3.7
Груша (Pear)	4.2
Дуссия (Doussie)	4.5
Дуб (Oak)	3.7
Зебрано (Zebrano)	4.5
Ипе (Лапачо) (Ipe)	5.9
Ироко (Iroko)	3.5
Кемпас (Kempas)	4.9
Клён (Maple)	4.1
Лиственница (Larche)	2.5
Махагон (Mahagoni)	5.0

Твердость древесины имеет значение при обработке режущими инструментами (пилении, строгании, лущении), а также в тех случаях, когда древесина с поверхности подвергается истиранию (полы, деревянные мостовые) или толчкам и ударам. Для древесины различают твердость торцовую, радиальную и тангенциальную в зависимости от поверхности, на которой она определяется. Испытания проводятся на образцах в виде куба со стороной 50 мм. Торцовая твердость определяется путем вдавливания в древесину стального пуансона с полусферическим концом, диаметр которого равен 11,28 мм.

Пуансон вдавливается на глубину радиуса (5,64 мм) с равномерной скоростью в течение 2 мин (площадь проекции отпечатка 1 см 2); по шкале машины отсчитывается с точностью до 5 кГ нагрузка в конце погружения пуансона; эта нагрузка является характеристикой твердости. Торцовая твердость, определенная по этому методу, превышает боковую у хвойных пород в среднем на 40%, а у лиственных в среднем на 30% (для твердых на 33%, для мягких на 26%). Из двух видов боковой твердости тантенциальная твердость древесины пород с хорошо развитыми сердцевинными лучами (дуба, бука, ильма) несколько выше, чем радиальная, однако различие это невелико (5 - 10%); у большинства пород оба вида боковой твердости практически надо считать одинаковым.

В табл. 40 приведены показатели твердости для главных лесных пород. На основании имеющихся данных наши породы по торцовой твердости древесины можно разделить на следующие три группы: I - породы мягкие (твердость 350 кГ/см 2 и менее); II - породы твердые (твердость от 351 до 750 кГ/см 2); III- породы очень твердые (твердость более 750 кГ/см 2). Описанный выше метод определения твердости дает характеристику статической твердости. Наряду с этим может быть определена твердость и при ударном взаимодействии тел.

Соответствующий метод заключается в следующем: на испытуемую поверхность древесины с высоты 0,5 м падает стальной шарик диаметром 25 мм; ударяясь о древесину, шарик оставляет на поверхности отпечаток, величина которого будет тем больше, чем меньше твердость древесины. Разделив работу, затраченную на удар (произведение из веса шарика на высоту его падения), на площадь отпечатка в квадратных миллиметрах, получим характеристику ударной твердости (Г мм/мм 2). Благодаря простоте определения ударная твердость могла бы быть использована для предварительной оценки качества древесины в полевых условиях. Ударную твердость рекомендуется определять на поверхности радиального разреза древесины, так как в этом случае получаются лучшие результаты.

Таблица 40. Твердость древесины.

	Твердость, кГ/см 2
	торцовая при влажности	радиальная при влажности	тангенциальная при влажности

Лиственница

Пихта сибирская


Акация белая

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.

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.

Во многом долговечность, прочность и износостойкость напольных покрытий из натурального дерева зависят от твердости сортов используемой в них древесины. Твердость пород дерева в штучном паркете, массивной, инженерной и паркетной доске напрямую влияет на вероятность образования вмятин на их поверхности от ударов, каблуков, падения твердых предметов, давления ножек тяжелой мебели.

Чем выше показатель твердости древесины, тем меньше вероятность столкнуться с вмятинами и другими неприятными последствиями в период эксплуатации деревянного напольного покрытия. Твердость древесины можно также определить как ее способность сопротивляться разрушению и деформации в процессе эксплуатации под воздействием внешней силы.

При этом коэффициент твердости может несколько различаться даже в пределах одной породы дерева. Это зависит от ряда факторов: влажности, климата произрастания и возраста дерева, времени заготовки древесины и даже способа ее распила.

Можно условно выделить 4 группы сортов древесины:

мягкие - осина, тополь, липа, ель, ольха, сосна;
средней твердости - береза, лиственница;
твердые - вяз, клен, дуб, бук, акация, груша, черешня;
очень твердые - тали, оливковое дерево, тис.

Методы определения твердости древесины в напольных покрытиях

На сегодняшний день твердость напольных покрытий из дерева определяется двумя основными методами: по Бринеллю и Янка, которые, однако, очень похожи между собой и появились примерно в одно и то же время (на рубеже предыдущих столетий, но метод Бринелля предложен чуть раньше - в 1900 году).

Тем не менее, метод шведского инженера Бринелля используется для испытания твердости не только древесины, но и металлов и иных материалов, включая сплавы, а метод австрийского технолога Янка - исключительно для определения свойств износа и твердости древесины.

Оба метода широко применяются на практике, но первый (твердость по Бринеллю) чаще указывается на упаковках паркета в России, а второй (твердость по Янка) - в США. В Европе используются оба метода. При измерении твердости методом Янка используются различные единицы силы (в США - фунт-сила в lbf, в Швеции - килограмм-сила в кгс, в Австралии - ньютон в Н и килоньютон в кН).

Шкала твердости паркета по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю был, в частности, подробно описан в ГОСТе 9012-59. Суть его сводится к следующему: стальной закаленный шар диаметром до 10 мм на протяжении 10-15 секунд под нагрузкой 3000 кгс вдавливается в поверхность древесины, которая должна быть гладкой, ровной, а в некоторых случаях - отполированной (при использовании шара диаметром 1 мм).

В результате испытания на поверхности дерева образуется лунка, центр которой должен быть удален от края образца паркетной доски не менее чем на 40 мм (для шара 10 мм) с целью получения правомерного результата. Диаметр полученного отпечатка измеряется прибором со шкалой с делениями, а показатель твердости древесины вычисляется по специальной формуле и записывается как HB.

Однако в большинстве случаев значение HB вычисляют не по формуле, а сразу определяют по таблице, где оно напрямую зависит от размера (диаметра) лунки. Иными словами, согласно методу Бринелля, чем менее глубоким получился отпечаток на поверхности паркета, тем более твердой является его древесина.

Таким образом, выбирая напольное покрытие из натурального дерева, нелишним будет взглянуть на таблицу твердости сортов древесины, особенно если на ваш паркет планируется ставить тяжелую мебель.

Помните, что по Бринеллю наиболее мягким деревом является ель и сосна (их твердость не превышает 1,3 HB и 1,6 HB соответственно), а наиболее твердыми сортами считаются бамбук и тали. В любом случае показатель твердости древесины, используемой в напольном покрытии, не должен быть ниже 2,6 HB. В частности, популярный дубовый паркет имеет вполне приемлемые значения твердости - 3,7 HB, но не самые высокие среди всех деревянных напольных покрытий.

Шкала твердости паркета по Янка

Твердость древесины по методу Янка определяется тоже давлением металлического шара на ее поверхность, однако записывается в значении той силы, какую приходится прикладывать, чтобы шар диаметром 11,28 мм наполовину своего размера был вдавлен в дерево.

Как и в случае метода Бринелля, коэффициент твердости древесины по методу Янка может различаться в зависимости от влажности древесины и иных внешних факторов. В связи с этим значения в таблице являются усредненными и даны в первую очередь для понимания потребителем твердости того или иного сорта древесины в сравнении с другими сортами.

Как нетрудно заметить, метод Янка подтвердил мягкость древесины сосны, ели и лиственницы. Сюда же можно отнести липу, каштан, тсугу и ольху со значениями твердости по Янка 186 кгс, 245 кгс, 227 кгс и 268 кгс соответственно. К сортам средней твердости относят платан (349 кгс) и махагони (363-376 кгс). Более твердым является американский орех (458 кгс).

Как видно из диаграммы, дубовый паркет не является самым твердым: значение твердости красного дуба - 571 кгс, а белого дуба - 617 кгс по шкале Янка. Аналогичным по твердости будет штучный паркет, паркетная или массивная доска из бука или ясеня. А вот бамбук не получил высоких оценок по Янка в отличие от метода Бринелля.

Наиболее твердыми породами древесины по методу Янка оказались такие сорта, как тигровое дерево, эбеновое (черное) дерево и тамаринд, а лидером среди них по твердости стало австралийское булоке (2295 кгс).

В целом результаты испытаний по обоим тестам схожи, поэтому при покупке деревянного напольного покрытия можно руководствоваться любым из них. Ну а самым взыскательным покупателям мы рекомендуем сверять значения твердости выбранного напольного покрытия по обеим таблицам, чтобы быть абсолютно уверенным в своем выборе.

Как выбрать деревянное напольное покрытие по твердости и избежать вмятин в процессе эксплуатации

Штучный паркет, массивная и инженерная доска состоят целиком из массива древесины (не считая фанерного основания последней, не влияющего на твердость покрытия), а потому твердость по Бринеллю или Янка указывается для всего напольного деревянного покрытия в зависимости от сорта древесины.

В отличие от них паркетная доска включает в себя 3 слоя. В большинстве случаев все слои выполнены из массива дерева, однако при определении твердости паркетной доски учитывается, главным образом, лишь ее верхний слой. Таким образом, при выборе паркетной доски необходимо учитывать твердость лишь того сорта древесины, который составляет ее верхний слой. Это может быть дуб, бук, венге, вишня, мербау и другие ценные породы дерева различной твердости, в том числе экзотические.

Правильный выбор деревянного напольного покрытия с учетом его твердости и планируемых нагрузок в процессе эксплуатации позволит вам избежать появления вмятин на его поверхности, сохранив на долгие годы привлекательный внешний вид.