Твердомер и его использование

С давних времён при работе человеку требовалось знание о прочности материала или предмета. В начале двадцатого века появился прибор, помогающий определить твёрдость образца - названный твердомер.

Твердомер - полезный прибор и для промышленности, и для личного пользования. Я предлагаю использовать твердомер не совсем по назначению, т. е. использовать для определения влажности древесины. Ведь с увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. Если составить для каждой породы древесины таблицу соответствия твердости и процентную влажность, то можно быстро и довольно точно определять влажность древесины.

В своём приборе я буду, использую метод Шора для определения твердости. Так как этот метод используется для металлов, то результат будет получаться в условных единицах. В моем опыте важна сама величина, а не соответствие ее со стандартами.

Значениями твердости по Шору являются показания шкалы, полученные в результате проникновения в древесину определенного стального стержня. Эта твердость определяется склероскопами двух типов, оба из которых имеют калиброванные пружины для приложения нагрузки к индентору. Склероскоп А применяется для более мягких материалов, а склероскоп D - для более твердых.

Значения твердостей по Шору изменяются: от 10 до 90 для склероскопа Шора типа А - мягкие материалы, от 20 до 90 для склероскопа Шора типа D - твердые материалы.

Если измеренные значения >90А, то материал слишком тверд, и должен применяться склероскоп D. Если измеренные значения <20D, то материал слишком мягок, и должен применяться склероскоп А. Не существует никакой простой зависимости между твердостью, измеренной с помощью этого метода испытаний, и другими основными свойствами испытуемого материала.

Портативные твердомеры

Предназначены для контроля твёрдости изделий в цеховых, лабораторных и полевых условиях - измерения твёрдости металлов и сплавов по шкалам твердости: основным: Роквелла (HRC), Бринелля (HB), Виккерса (HV) и Шора (HSD); дополнительным: шкала "В" Роквелла (HRB), шкалы Супер-Роквелла (HRN и HRT), Лейба (HL) и другим.

Преимущества перед стационарными твердомерами

Крупногабаритные изделия и труднодоступные места в изделиях: для стационарных твердомеров подобный контроль твердости недоступен из-за технических и конструкционных ограничений.

Измерения на месте производства и эксплуатации изделий: портативность позволяет измерять твёрдость изделия непосредственно на месте производства и эксплуатации изделий в цеховых, лабораторных и полевых условиях.

8 шкал твердости: экспресс-анализ твёрдости изделия по 8-ми различным шкалам твёрдости (в отличии от 1-3 шкал в стационарных твердомерах).

Высокая производительность: время одного измерения портативным твердомером в 5-10 раз меньше времени измерения стационарным.

Сделанная мной модель ( приложение № 1) основана на механическом принципе работы. На образец давит индентор конусовидной формы под воздействием пружины силой 0,1425 ньютонов на метр (Н/м). Твердость образца определяется глубиной проникновения индентора. Чем тверже порода, тем меньше глубина проникновения и тем суше древесина.

Измерения твердости древесины я проводил по нескольку раз (5-10), полученные результаты усреднялись с учетом всех проведенных измерений. В опыте использована только одна порода древесины, но похожие таблицы можно сделать и для многих других пород. Таблица составлена для сосны т. к. эта порода древесины одна из наиболее распространенных в производстве.

Все измерения производились при комнатной температуре примерно 25 градусов по Цельсию. Мокрый образец древесины после взвешивания и измерения твердомером подвергался сушке в СВЧ печке в течение одной минуты. После чего снова измерялся. Измерения проводились до тех пор, пока брусок не переставал терять массу, т. е. влагу. Образец был размером 5 см х 5 см х 12 см, измерения проводились на одной стороне бруска и от индентора до края бруска должно быть не менее 1,5 см.

Модель прибора сделанная мной может быть усовершенствованна для получения более точного результата. Возможно два варианта: механический, больше подходящий для серийного производства; электронный, работающий от аккумуляторов.

В домашних условиях создать данные модификации не представляется возможным из-за отсутствия материалов и оборудования.

Первый вариант улучшения основан на том же принципе работы, что и сделанная мной модель. Но для получения более точного результата используется индикатор часового типа с точностью измерения до 0,005 мм.

Второй вариант более сложен, но возможно применение специально разработанной ЭВМ, которая автоматически просчитает влажность в процентах более точно для каждой породы.