Крепче стали – список самых твёрдых пород деревьев и их применение

Твердые лиственные породы древесины находят применение в самых разнообразных сферах промышленности и строительстве. Например, дуб часто используется для создания фундаментов, строительных брусьев и внешней отделки. Кроме того, его великолепная текстура делает его особенно привлекательным для производства паркета и мебели.

Твердые лиственные породы древесины

Древесина является одним из самых старых строительных материалов, и в настоящее время она активно применяется в различных областях, включая строительство, изготовление мебели, облицовочные материалы, музыкальные инструменты, спортивное оборудование, упаковку и много другое. Одной из главных технических характеристик древесины является твёрдость, которая влияет на область применения данного материала.

При использовании деревянных изделий необходимо, чтобы они сохраняли свои геометрические размеры и не деформировались под воздействием механических сил. Эти характеристики, в свою очередь, зависимы от плотности и твердости материала. Твёрдость указывает на то, насколько древесина устойчива к проникновению твёрдых объектов. Она варьируется в зависимости от плотности и может изменяться в зависимости от направления.

По уровню твёрдости древесные породы делятся на несколько групп:

• мягкие – плотность менее 540 кг/м³;
• твёрдые – плотность от 550 до 740 кг/м³;
• очень твёрдые – плотность выше 740 кг/м³.

К первой группе относятся в основном хвойные породы, а также некоторые лиственные, такие как липа, каштан, ольха и тополь. Лиственные породы, как правило, характеризуются высокой твёрдостью, измеряемой в диапазоне от 40,1 до 80 МПа, в то время как у очень твёрдых пород этот показатель может превышать 80 МПа. Из хвойных пород лиственница считается самой твёрдой.

Структура твердых лиственных пород древесины более сложная и плотная, что связано с количеством и расположением сосудов, что, в свою очередь, влияет на их повышенную жесткость и устойчивость к различным воздействиям.

Главные твердые лиственные породы древесины и их характеристики

Дуб является одним из самых популярных материалов, обладающим отличной прочностью и долговечностью, что делает его идеальным выбором для всех видов строительных работ. Высокая стойкость дуба к гниению и вредителям объясняется наличием дубильных веществ в его древесине.

Ясень отличает высокая прочность и упругость, что делает его идеальным для использования в производстве мебели, спортивного инвентаря и декоративных элементов.

Бук обладает гладкой и ровной текстурой, а также хорошей обрабатываемостью, что превращает его в идеальный материал для изготовления сложных деталей мебели и прочих точных изделий.

Клен известен своей яркой, почти белой окраской и высокой жесткостью, что делает его ценным при создании паркетных полов, музыкальных инструментов и декоративных изделий.

Описание других лиственных пород включает:

1. Акация, отличающаяся хорошими механическими свойствами, устойчива к гнили, плесени и насекомым-вредителям. Однако необходимо строго следовать технологии сушки, чтобы избежать растрескивания.
2. Орех имеет тонковолокнистую структуру. Его вязкая древесина устойчива к влаге, прочная, но менее эластичная. Обработка и покраска такого дерева не составляют труда, но при сушке возможно коробление.
3. Граб по техническим характеристикам не уступает дубу, а в некоторых аспектах даже превосходит его. Тем не менее, у него есть недостатки, сужающие область применения: во время сушки он может усаживаться и трескаться, а процесс высыхания длителен. Особенности строения волокон затрудняют обработку. Его безусловное достоинство – это красивая текстура, что позволяет изготавливать художественные изделия из граба.

Экзотические породы, такие как самшит, амбур, красное дерево, бразильская вишня, сукупира и мутения, также являются высоко твёрдыми, однако их применение ограничивается высокой стоимостью.

Жители Санкт-Петербурга могут приобрести деревянные изделия из твердых пород в производственной компании WoodNeva. Выберите товар из каталога и закажите доставку. Мы доставим ваш заказ в любую точку города и области, а также в будние дни возможен самовывоз со склада.

Тверже стали

Человечество всегда нуждалось в прочных материалах. Существует мнение, что наиболее высокие показатели твердости демонстрируют различные металлы и сплавы, такие как сталь и чугун. Однако среди деревьев есть настоящие чемпионы по твердости, древесина которых оказывается прочнее, чем самые твердые металлы.

Одними из первых инструментов, которые начали использовать люди в самом начале цивилизации, были не только каменные и костяные, но и деревянные. Даже тогда, не зная о твердости, люди заметили, что древесина разных деревьев и кустарников имеет различную прочность, что позволяет изготавливать из них инструменты, которые не повреждаются и не разрушаются при эксплуатации. Таким образом, было сформулировано понятие твердости. Деревья с наивысшими показателями по этому критерию получили название железных.

Важно отметить, что в разных регионах и на разных континентах под названием «железное дерево» подразумевались различные породы. Однако, в целом, все они обладали высокой прочностью и другими сопутствующими характеристиками. Например, древесина этих сортов:

• не плавает на поверхности или в толще воды, а идет на дно;
• деревья редко поражаются заболеваниями, вредителями и другими биовредителями;
• древесина с трудом обрабатывается и так далее.

Сегодня, благодаря развитею науки и техники, человечество подготовлено глубже понять природные явления и исследовать физические и биологические законы, что позволило определить твёрдость различных материалов. Для тестирования древесины используют два основных метода: по Бринеллю и по Роквеллу. Эти методы названы в честь ученых, которые их разрабатывали. В первом случае (метод Бринелля) образец подвергается воздействию специального стального шарика, а во втором (метод Роквелла) используется алмазный инструмент. После испытания на поверхности материала остаётся углубление различной глубины, по которому и судят о твердости древесины.

Некоторые сорта древесины обладают такой высокой твердостью, что превышают аналогичные показатели для металлов и их сплавов. Древесина из таких «железных» деревьев используется для самых различных нужд, в том числе:

• выпуска гвоздей;
• изготовления мебели;
• производства конструктивных деталей и элементов сложных машин и агрегатов;
• создания строительных приспособлений и элементов и так далее.

На прочность и твердость древесины одного и того же сорта оказывают влияние следующие факторы:

• возраст – чем старше дерево, тем оно прочнее, так как со временем древесина теряет влагу и становится более жесткой;
• климатические условия места произрастания – в засушливых регионах древесина обычно прочнее, чем в влажных. При низких температурах рост дерева замедляется, что также повышает его твердость;
• метод распила дерева;
• место, откуда был взят образец – плотность у коры, как правило, выше, чем в центральной части ствола.

Разновидности железных деревьев

Как упоминалось ранее, множество деревьев с высокими показателями твердости относится к категории железных деревьев. Некоторые из них широко используются в производстве и строительстве, а также при изготовлении мебели. Рассмотрим несколько примеров.

Ятоба – бразильская вишня

В тропических лесах Центральной и Южной Америки растет дерево, известное как южноамериканская (бразильская) вишня. Высота некоторых экземпляров может превышать 40 метров. Молодые побеги покрыты короткими коричневыми волосками и образуют широкую крону. Листья представляют собой сложные остроконечные серповидные листочки, длиной около 7,5 см.

Это растение не является родственником привычной нам вишни. Название ему дали из-за плотной древесины, сердцевина которой имеет темно-красный или насыщенно-оранжевый цвет. После спиливания древесина всего за неделю быстро приобретает темный кирпично-красный оттенок.

Ятоба – одна из самых твердых пород древесины, оцениваемая в 7 баллов по Бринеллю, и активно применяется для изготовления мебели и декоративных элементов.

Сукупира

Сукупира – еще один представитель южноамериканской флоры, который распространён в лесах Колумбии, Бразилии и Венесуэлы. Выразительная текстура древесины, с узкими желтоватыми или светлыми прожилками на тусклой красновато-коричневой основе, делает её легко узнаваемой и очень декоративной. Кроме высокой твердости, характерной для сукупиры, она также содержит маслянистые вещества, которые предотвращают развитие заболеваний и поражение насекомыми-вредителями.

Древесина с твердостью около 5,6 баллов затрудняет процесс её распила и требует соблюдения строгой технологии, иначе это может привести к порче заготовленного сырья. Однако обработка (шлифовка, полировка) осуществляется достаточно легко, что позволяет получать качественное и красивое паркетное покрытие в широкой цветовой гамме – от шоколадного до бордового оттенка. Изделия из сукупиры не выгорают под воздействием ультрафиолетовых лучей и не поражаются грибком и вредными насекомыми.

От посадки до полного созревания дерева проходит около 100 лет, однако уже в 25-летнем возрасте его можно начинать перерабатывать. В это время ствол имеет почти цилиндрическую форму и не имеет боковых веток и побегов.

Мутения

В влажных тропических лесах Западной Африки произрастает очень интересное дерево, достигающее высоты 50-60 метров и диаметра ствола приблизительно 1 метр. Цвет древесины напоминает орех, а структура – тик. Это дерево называется мутения и также относится к железным породам, поскольку его твердость составляет 5 баллов. Однако в некоторых ситуациях её может недостаточно, и древесина может быть повреждена механически.

Мутения ценится у мебельщиков и строителей за свою устойчивость к растрескиванию и короблению во время сушки, а при распиле на ней видны радиальные фиолетовые лучи. Высокая гигроскопичность не позволяет обрабатывать древесину лаком или грунтовкой, но в этом нет необходимости, так как она обладает натуральным блеском. Из неё изготавливают мебель, используют для отделки помещений, а также применяют при производстве паркета и шпона.

От чего зависит твёрдость древесины

Показатели плотности древесины различаются в зависимости от породы, однако существует ряд общих факторов.

Факторы, влияющие на твердость древесины, включают:

• возраст породы: стареющая древесина приобретает более высокие показатели прочности, поскольку со временем теряет воду;
• климат и география произрастания: в условиях холодного климата деревья растут медленнее и имеют более плотную структуру;
• метод распила дерева: различные техники могут усиливать прочность;
• участок древесины: плотность коры всегда выше плотности древесины в сердцевине.

Преимущества и недостатки твёрдых пород дерева

Несмотря на то, что прочные древесные материалы считаются наиболее предпочтительными в строительстве и при изготовлении мебели, они имеют как свои преимущества, так и недостатки. Преимущества твёрдых пород:

• нет необходимости в дополнительной пропитке;
• обладают высокой износостойкостью и прочностью;
• дерево и мебель, изготовленные из него, имеют красивую и уникальную структуру.

• сложность обработки при работе с досками;
• высокая стоимость;
• не все виды мебели и полов можно изготовить из этого материала.

Твёрдые породы дерева требуют минимального ухода, но могут возникать трудности при креплении мебели на стенах и ее ремонте, если, например, потребуется забить гвоздь.

Ещё немного таблиц

Напоследок представим таблицу популярных древесных пород с указанием их характеристик по Янку (кгс/мм²).

Порода дерева	Твёрдость	Плотность	Регион произрастания
Акация (Acacia)	7.1 кгс/мм²	800 кг/м³	Северная Америка
Берёза (Betula)	3.3 кгс/мм²	650 кг/м³	Европа
Бук (Buche)	3.8 кгс/мм²	670 кг/м³	Северное полушарие
Вишня (Cherry)	3.6 кгс/мм²	610 кг/м³	Европа, Азия, Америка
Граб (Cárpinus)	3.5 кгс/мм²	750 кг/м³	Юг России
Дуб (Oak)	3.8 кгс/мм²	700 кг/м³	Европа и Северная Америка
Ель	2.3 кгс/мм²	450 кг/м³	Северное полушарие
Клён (Maple)	4.8 кгс/мм²	720 кг/м³	Северная Америка и Европа
Лиственница (Larche)	3.1 кгс/мм²	660 кг/м³	Азия, Европа, Америка

Олива (Oliven)	6.0 кгс/мм²	900 кг/м³	Юг Европы и Азия
Ольха (Alnus)	3.0 кгс/мм²	525 кг/м³	Азия, Европа
Падук (Padouk)	3.8 кгс/мм²	750 кг/м³	Западная Африка
Палисандр (Palisander)	3.5 кгс/мм²	700 кг/м³	Америка и Азия
Сапеле (Sapelli)	5.0 кгс/мм²	640 кг/м³	Африка
Сосна	2.6 кгс/мм²	520 кг/м³	Практически везде
Тик (Teak)	3.6 кгс/мм²	670 кг/м³	Лаос и Таиланд
Черешня (Prunus)	3.5 кгс/мм²	600 кг/м³	Европа и Азия
Эбен (Ebony)	8.0 кгс/мм²	1050 кг/м³	Тропики Азии и Африка
Ясень (Ash)	4.1 кгс/мм²	700 кг/м³	Европа

Таблица плотности и твердости древесины по породам

Плотность и твердость древесины являются одними из основных характеристик, непосредственно влияющих на выбор конкретной породы для выполнения определённых задач. Поэтому каждому мастеру, занимающемуся деревообработкой, неважно, профессионально он это делает или в качестве хобби, очень важно разобраться в этих параметрах и хотя бы в общих чертах знать значения основных пород.

Плотность вычисляется как соотношение массы при определённой влажности к объему влажной древесины. Единицы измерения плотности – кг/м³. Чем плотнее порода, тем она тяжелее. Но на практике плотность влияет не только на вес, но также на две другие важные характеристики:

• Прочность изготовленной детали. Прочность, как правило, является довольно сложным показателем, поскольку при тестировании, как для соблюдения ГОСТов, так и при реальной эксплуатации, заготовка подвергается различным физическим воздействиям: изгибу, растяжению и сжатию вдоль и поперек волокон, и показатели могут различаться у разных пород. Также стоит учитывать, что некоторые виды дерева, такие как граб или береза, несмотря на высокую плотность, склонны к расколам вдоль волокон, что необходимо учитывать при механической обработке. Однако в общем, можно уверенно сказать, что плотность и прочность имеют прямую зависимость.
• Сложность обработки. Чем плотнее древесина, тем больше усилий нужно прикладывать и тем чаще необходимо затачивать инструменты.

Примечательно, что плотность напрямую зависит от влажности древесины, которая представляет собой количество содержащегося в ней древесного сока или воды. Чем ниже влажность, тем меньшая плотность. Поэтому все измерения плотности проводятся при одинаковой влажности. Например, в официальных стандартах (ГОСТах) все показатели для древесных материалов указаны для влажности 12%, чтобы их можно было сопоставлять между собой.

Существует также понятие равноплотности, которое описывает равномерное распределение плотности внутри годового кольца ствола дерева. У некоторых пород, таких как дуб, ясень и сосна, плотность увеличивается от центра к коре. В случае других сортов, таких как самшит, граб, клен или липа, плотность остается более или менее равномерной.

Твердость

Существует несколько методов определения твердости древесины, однако в большинстве официальных таблиц указывается значение по Бринеллю. Этот метод был разработан шведским инженером Юханом Августом Бринеллем в 1900 году. Он предложил систему измерения твердости материалов, состоящую в том, чтобы вдавить 10 мм шарик из закаленной стали в поверхность образца с силой в 100 кг. По результатам измеряется глубина оставленной вмятины, и на основании этих данных рассчитывается твердость. Для её выражения обычно используются единицы HB (Hardness Brinell, твердость Бринелля), МПа и Н/мм².

1 HB равен 10 МПа или 10 Н/мм².

Как и в случае с плотностью, измерения твердости достаточно условны, поскольку они зависят от ряда факторов:

• Условия произрастания дерева. Например, в холодном климате деревья растут медленнее, и их наши годичные слои расположены плотнее, а массив становится более твердым по сравнению с деревом той же породы, которое произрастает в благоприятных условиях.
• Возраст дерева. У зрелых деревьев массив древесины, как правило, более плотный и твердый, чем у молодых.
• Конкретное место в стволе дерева. Основание ствола, или комлевая часть, часто более свилеватая (волокна перекручены и переплетены), что делает её более плотной и менее обработаемой. Именно поэтому для производства качественных изделий из древесины не используют материал из комлевых частей, и его наличие в бревнах считается пороком, известным как закомелистость.

Обычно при указании твердости дерева пренебрегают вышеперечисленными переменными и приводят средние значения для всей породы. Это, хотя и не совсем точно, но удобно для практического использования.

Кроме конкретных численных значений, которые будут представлены в итоговой таблице, древесина классифицируется на три обширные группы по твердости. В этом случае мягкость или твердость часто связывают с плотностью, что ещё раз подтверждает взаимосвязь данных характеристик:

• Мягкая древесина – плотность до 540 кг/м³. Это в основном хвойные породы, такие как кедр, ель и сосна, а также небольшое количество лиственных, например, липа и тополь. Они легко обрабатываются даже вручную, но также легко поддаются повреждениям. Следы от ногтей остаются на их поверхности без особых усилий.
• Твердая древесина – плотность от 550 до 740 кг/м³. В эту категорию попадают в основном лиственные породы, среди которых ценнейшие, например, вяз, рябина, яблоня, бук, клен и береза.
• Очень твердая древесина – плотность выше 750 кг/м³. Этот класс включает отечественные лиственные и различные экзотические виды, известные как «красное дерево», включая фисташку, кизил, самшит, граб и акацию.