Technology of watch production - part 12

specimen  is  s t retched  under the  continuously  increasing load,  its  length 
increas e s ,

, 

and  its  cross  section  decreases . 

FIGURE 

2.  The 

P-5 

machine for tensile 

testing 

kg/mm2 

GO 

30 

40 

"0 

"' 

0 

30 

,.., 

s 

p 

20 

10 

0 

mm 

Deformation (extension) 

FIGURE 

3.  Deformation diagram of 

U1 OA 

steel (in the annealed state) 

If  we  plot a load  - defo rmation  graph  (Figure  3 ),  we  obtain a  diagram 

60 

with  four characteristic points  E,  P ,   Y,  S .   A  s traight section,  up  to  the 
point E  follows  Hooke ' s  law  with the  deformation p roportional  to  the load . 

Between point  E  and  point  Y  this  p roportionality  is  dis turbed,  and  the  curve 

inclines to the right.  B eyond point Y the tes t-specim en length increases with 

almost no increas e in the load,  the m etal,  as it were,  flowing.  The load reaches 

a  maximum  at point  S,  which corresponds  to  the  ultimate  tens ile  s trength, 

after which a  neck  app ears  on the  test  specimen,  and finally fracture  occurs . 

The  fracture  takes  place  on  a  smalle r  cross  se ction  and  under a  s malle r 

load  than  the  maximum . 

The  m echanical  p roperties  of  the  metal  are  defined by  the  points  E ,   P, 

Y,  S. 

T h e   e l a s t i c   l i m i t   (point  E)  is the  maximum  s tress  which produces 

no  resid ual  defo rm ation  or some p redete rmined,  very small,  value  of  re­

sidual  deformation  (Figure  3 ) .   It is  designated by 

a 

E· 

T h e   p r o p o r t i o n a l   l i m i t   (point P )  is  the  s tress  at which  the  elonga­

tion  ceases  to  be  p roportional  to  the  s tres s .   It is  designated by 

a p. 

45 

T h e   y i e l d   s t r e n g t h   o r   p o i n t   (point Y )  is  the  stress  at which 

further deformation  (elongation )  of the  specimen be gins  to  take  place  with 

no  further increas e  in load .  It is  designated by 

o y. 

T h e   u l t i m a t e   t e n s i l e   s t r e n g t h   (point S )  is  defined as  the  ratio 

of the  maximum  load  recorded during  the  tes t,  to  the  initial  cross  section 

of the  test  specimen.  It is  designated by 

a s 

and  defined by the formula 

where 

P 

max 

=  maxim urn  load; 

Pmax 

OS 

= fo '  

fo 

= initial  cross  section of  the  test specim en. 

T h e   p e r c e n t a g e  e l o n g a t i o n   is the  residual  deformation as  a  per­

centage  ratio  of the  initial  test- specim en  length .  It is  designated by 

o 

and 

defined by  the  formula 

whe re 

l 

=  length  of the  deformed test  specimen; 

[0 

= initial (gage )  length  of the  test  specimen. 

The  P - 5  tensile  testing m achine  (Figure  2) was  designed for the s tatic 

compression and  tensile  tes ting  of metals .  It  can  be  adapted,  by  means  of 

special  attachments ,  to s hearing,  bending,  and extrusion tests .  The uppe r  
chuck of the  machine is  connected t o  a  lever-pendulum  dynamomete r  (4 ), 

on  whose  scale  ( 5 )  the  value of the load  can be  read .  The  operating loads 
of the  machine are from  2 0 0  to  5000 kg.  The  machine  has  four s cales ;  

0- 50  kg, 

1vith a scale division of 

. . . . . . . .

.

. 

2  kg 

0-1 00  kg, 

.. 

.. 

.. 

..  . . . . . . . . . .  5  .. 

0-250 kg, 

.. . . . . . . . . . .  10  " 

0-500 kg, 

.. . . . . . . . . . .  10  .. 

The  lower  chuck  is  powered by means  of the  electric  motor ( 7 )  and  a 

manual  drive  is  als o  p rovided.  The  recorder  (7) records  the  deformation 
of the  specimen  on paper. 

The  allowable  error in  the  readings  is  1 %  of the  load . 

T h e   h a r d n e s s  t e s t  is  widely applied  in m echanical  tests .  Both 

nonhardened  and  ha rdened  pa rts  are  tested for hardness .  Chemical  analysis 

and  tensile  tests are tim e - and work - consuming proces ses ,  and  are  destruc ­
tive  of  the  specimens .  Hardness  tests ,  on  the  othe r  hand,  take  only  several 

minutes  and  are  basically  nondes tructive .  The  ins trum ents  used  for  ha rd­

nes s  tests  are  s imple  and do  not  require foundations .  The  tests  can be 

run  inside  the  storeroom  or in the  heat-treatm ent  shop . 

The  basic  hardness  tests  are  the  B rinell  test,  conducted  on  the  PBM 

tester,  and the  Rockwell  test,  carried out on the  RV apparatus .  The PBM 

tester is us ed for testing nonhardened  metal s .   In the  Brinell  test, accord­

ing to OST 1 02 4 1 - 4 0 ,   a  s teel  ball  is press ed  into  the  m etal  to be tested,  and 

the  diameter o f  the  indentation  is  measured by  m eans  of  a  magnifying  glass 

or a  microscop e .   The B rinell  hardness  is  defined  as  the load divided by 
the  spherical  surface  of  the  impression  (Figure 

4 

).  It is  designated  as 

H 

8 

and  calculated  using the  following fo rmula: 

p 

p 

H 

13 

= 

- = 

F 

( D -

02 - d2) 

46 

2P 

nO 

(D 

-

oz -

d2)  ' 

where 

Hs 

= 

the  Brinell  hardne s s ,   in kg/mm 2 ; 

P 

'

= 

the  load  on  the  steel  ball,  in  kg; 

D 

the  diameter of the  steel  ball,  in  mm; 

d 

= 

the  diamete r  of  the  imprint,  in mm; 

F 

= 

the  surface  of the  imprint; 

In  the  PBlVI  tester the  load  is  transmitted  from  the  weights  ( 5 )  to  the 

steel  ball  through  a  leve r  sys tem  (Figure  5 ). 

To  begin  with ,  the  beam  ( 1 )  rests  on  the  roll er of  the  connecting  rod (2 ) .  

When  the  electric  moto r i s  switched o n ,   the  conne cting  rod  drops  and  the 

load  ( 5 )  is  transferred  to  the  ball

"

(

3

) 

which  indents  the  specimen  or  part 

tested.  The  surface  of the specimen  must be  flat 

p 

in  order  that  the  edges  of  the  imprint  be  clearly 

visible  and  given to  accurate  measurement by means 
of  a  micros cope . 

The  magnitude  of  the  load ,  the  diameter of  the 

ball ,  and the length  of  the  time  during which the  spe­

cimen  is kept under load (i. e .   the  load- application 

tim e )  are  determined from  Table  1 1 .  

The  specimen to  be tested is  placed on the  table 

of the  PBlVI  tester and  applied  against the  ball  (to 

FIGURE 4.  Scheme of the Brinell 

a  given  depth )  by turning the  handwheel 

(4 ) .  

The 

hardness test 

electric  m otor is  then  s witched on  and  the  main load 
is  applied  to  the steel  ball .  At the end of the spe­

cified load - application time  the  electric  motor is  automatically  switched  off 

and  the  load  is  remove d .   The  table  is  lowe red by  means  of the  handwheel ,  

the  specimen  is  removed,  and  the  imprint  diameter m easured . 

FIGURE 

5. 

PBM  rester  for Brinell  hardness tests 

4 7  

The  need  for subsequent  calculations  can  be  avoided by  using tables  which 

give  the  values  of  H8  as  a  function  of the  imprint diameter for  given  values 
of loa-d  and  ball  diamete r .   The  values  of  H 

u 

corresponding  to  a  load 

P 

= 

= 

3000 kg  and  a  1 0  m m  diameter steel  ball  are  given in  Table  1 2 .  

TABLE  11 

Conditions for Brinell tests 

Hardness range, 

Thickness of the 

Ball  diameter, 

Load-application 

Metal 

test specimen, 

Load, kg 

kg/mm2 

mm 

time,  sec 

mm 

More than 6 

1 0  

3,000 

Ferrous metals 

.

. . . .  

140-450 

From 3 to  6 

5 

750 

1 0  

Less than  3 

2.5 

187.5 

More than  6 

1 0  

3 , 000 

The same 

. . • . . . . . . 

Up tol40 

From 3 to  6 

5 

750 

30 

Less than  3 

2.5 

187.5 

Nonferrous metals and 

31 .8-130 

More than  6 

1 0  

1 , 000 

30 

alloys (copper, brass, 

From 3 to  6 

5 

250 

bronze,  etc . )  

Nonferrous metals and 

8-35 

Not less than 6 

1 0  

250 

60 

alloys ( aluminum , 

bearing alloys, etc . )  

When soft  m aterials  or thin  p arts  are  tested,  the  load and  the  diameter 

of the ball  are  reduced  s o  as  to  avoid p enetration  of the indenter through 

the  s pecimen.  B rinell  hardness  tests  give  reliable  results  for hardnesses 

up to  H8 

= 

3 5 0 kg/ mm2 .  When m etals  of higher  hardness are tested the 

ball is  liable  to  become  defo rmed (owing to its  insufficient hardnes s ) . 

The  Rockwell  test  (see Figure  6 )  is  s uitable  for both s oft  and  hardened 

metals .  It consists  in  forcing into  the  m etal  eithe r a s teel ball of 1 . 588 mm 

diameter or a  conical  diamond indenter with an apex angle of  1 2 0°. 

The  ball  is  used for tes ting  s oft  metal s ,   and the  diamond cone for  meas ­

uring hardened parts . 

Rockwell  hardness  is  dete rmined from  the  difference between  the  depths 

of  penetration  of  the  diamond  cone  (or  the  s teel  ball )  under the action  of 

two  consecutive  loads - an initial and a  major load.  The  load  is  applied by 
the  beam  ( 1 )  on  which  weights  ( 2 )  are  suspended.  A  turn  of the c rank  ( 3 )  

connects  the  load  and  transfers  i t  t o  the  indente r  (diam ond  cone o r  s teel  ball ) 

(4 ),  which is  thus  forced into  the  surface being tested.  The  depth  of  p ene ­

tration  is  measured by  the  dial  indicator  ( 5 ). 

The  design  of  the  apparatus  permits  direct  reading of hardness  on  the 

indica tor scale . 

The  method for conducting  Rockwell  tests  has  been s tandardized  (OST 

1 02 4 2 - 4 0 ) .   The  tests  can  be  conducted using one  of the following three in­

dicator s cales  (Table  1 3  ) .  

The  exte rnal  (black) s cale  of  the indicator i s  used  for  readings  o n  s cale s  

A 

and 

C .  

The  inte rnal  red scale  s e rves  fo r  scale 

B .  

Hardness  values  according 

to  these  scales  are  des ignated HRA ,  HRa •  HRc ':' . Scal e  

A 

is  used  fo r  tes ting 

• 

[According to American usage :  RA , 

R8,  Rc. l  

4 8