COMTÉ

CREÜZOT.

Carbone

Silicium

Phosphore

Manganèse

trace.

trace.

trace.

trace.

trace.

Fer

Fontes au charbon de bois, par M. Berthier.

Fer

et manganèse.

Carbone.

Silicium.

Délabré

Autrey

Bèze

Saint-Dizier

Suède

Trédion

Lobe

Fontes blanches obtenues par le charbon de bois.

Carbone

Silicium

Phosphore.

Manganèse

Fer. .

Certaines variétés de fonte contiennent plus de carbone que celles qu'indiquent les tableaux précédents; la proportion du

FONTES

carbone peut quelquefois s’élever dans les fontes jusqu’à 4 et 5 pour 100; cette composition s’approche de celle d’un carbure à proportions définies représenté par la formule Fe4C.

Fonte noire. — Cette fonte peut prendre l’empreinte du marteau; elle se casse facilement; sa texture présente de gros grains au milieu desquels on aperçoit très-distinctement du graphite ; la présence de ce corps lui donne sa couleur caractéristique. La fonte a donc la propriété de dissoudre du charbon sous l’influence de la chaleur, et delelaisser déposer sous la forme de graphite quand elle se refroidit lentement. La fonte noire est plus fusible que les autres fontes; lorsqu’on la traite par les acides, elle dégage de l’hydrogène mêlé d’un hydrogène carboné doué d’une odeur fétide, et laisse un abondant résidu de graphite.

Cette fonte se produit dans les hauts fourneaux lorsqu’on a employé un excès de charbon relativement au minerai ; elle est très-recherchée pour les moulages en seconde fusion.

Fonte grise. — La, fonte grise provient en général de minerais de bonne qualité, lorsque le haut fourneau fonctionne régulièrement; sa couleur est d’un gris foncé, et quelquefois d’un gris clair. Sa cassure est grenue ; elle est toujours poreuse; elle ne prend jamais un beau poli. Sa densité varie entre 6,79 et 7,05; Elle se laisse limer, couper au ciseau et forer tacitement. Traitée par les acides, elle laisse un résidu de graphite, qui est moins considérable que pour la fonte noire. La fonte grise contient toujours une quantité notable de silicium.

Celte fonte exposée à l’air s’oxyde avec plus de rapidité que la tonte blanche, parce qu’elle est plus poreuse que cette dermere. ^

Lorsqu après avoir fondu la fonte grise, on la refroidit subitement en la jetant dans de l’eau froide, on lui fait éprouver une sorte de trempe et on la transforme en fonte blanche. Cette modification se produit toujours partiellement lorsqu’une fonte guse est refroidie trop brusquement; la fonte devient alors beaucoup plus dure et plus cassante; on peut, du reste, l’a- Tei\ la.fa,s„ant fondre de nouveau et refroidir lentele? fontes blanches ne s’adoucissent pas par le reblanchesüeS qm contiennent flu manganèse restent toujours

e/dn^Ppr nn l^'ompe est d’empêcher la séparation du carbone et du lei unis dans la matière fondue.

dp fontes grises au bois, coulées dans des manchons

s’p«f éprouvent une sorte de liquation ; la partie qui

.J01, en premier lieu ne contient environ que i ou 1,5 dps M charbon ; elle est très-dure et présente la plupart

ri ch « J ?5le e.l 1 > tandis que les parties centrales sont

en carbone et beaucoup moins dures. On profite souvent

ACIERS

de cette propriété peur durcir à la surface les cylindres de fonte qui servent à la confection des laminoirs.

Le phosphore contenu dans les fontes grises diminue leur ténacité, mais augmente leur fluidité, et les rend propres au moulage des objets d’art.

La fonte grise sert, soit pour le moulage en première fusion, soit pour l’affinage.

Fonte blanche. — Nous avons dit que l’on peut obtenir une fonte blanche en refroidissant subitement la fonte grise ; mais les fontes blanches ordinaires se produisent dans le haut fourneau, soit en réduisant les minerais manganésifères, soit en employant un excès de minerai par rapport au charbon.

Un refroidissement dans le fourneau ou le traitement d’un minerai sulfureux donnent en général de la fonte blanche.

La fonte blanche a un éclat métallique ; elle est quelquefois d’un blanc d’argent ; lorsqu’elle est manganésifère, elle cristallise souvent en pyramides quadrangulaires volumineuses. Sa densité varie entre 7,44 et 7,84.

La fonte blanche est très-dure ; elle ne peut être entamée par la lime et casse sous le marteau sans en recevoir l’empreinte. Elle résiste à l’écrasement mieux que la fonte grise. Elle est plus fusible que la fonte grise, mais reste toujours à l’état de fusion pâteuse, tandis que la fonte grise acquiert une grande fluidité.

Les fontes blanches sont d’autant plus dures qu’elles contiennent plus de charbon. On les emploie quelquefois au moulage, mais elles sont presque toujours affinées. Les fontes manganésifères servent en général à la fabrication des aciers de forges ou des fers aciéreux.

ACIERS

On donne'le nom d 'acier à un carbure de fer contenant des traces de silicium et de phosphore, et dans lequel la proportion de carbone ne dépasse jamais un centième. L'acier contient plus de charbon que le fer du commerce et moins que la fonte.

Voici la composition de quelques aciers :

Anglais, l«c qualité .

Isère.

Français, 1r« qualité.

Français, 2' qualité.

Carbone

Silicium

Phosphore

Fer

(Gay-Lussac.)

L’acier peut contenir en outre de petites quantités d’azote, d’arsenic, de soufre, d’aluminium, de chlore, de manganèse, de cuivré, d’antimoine, de tungstène, de vanadium, de titane, etc. ; mais ces différents corps sont considérés comme étran-

ACIERS

gers à la consülution véritable de l'acier. Les minerais de fer manganésifères sont éminemment propres à la fabrication de l’acier.

L’acier est plus dur que le fer ; il peut prendre un beau poli, sa texture présente des grains très-fins, égaux et serrés. Il est sonore et rend des sons agréables.

L’acier que l’on porte à une température rouge, et que l’on refroidit subitement, éprouve le phénomène de la trempe ; il devient excessivement dur, très-cassant, et peut même rayer le verre. Cette propriété de l’acier est celle dont les arts tirent le plus grand parti.

La dureté d’une trempe dépend delà température à laquelle l’acier a été porté, et du corps qu’on emploie pour le refroidir.

Pour produire une trempe très-dure, il faut porter l’acier au rouge blanc et le plonger dans de l'eau très-froide, ou mieux dans du mercure.

Les trempes douces s’obtiennent en refroidissant l’acier dans des corps gras ou dans de la résine en fusion.

Quelquefois, dans les arts, on trempe l’acier en le chauffant à une température élevée et en le refroidissant subitement. Mais, le plus souvent, on fait subir à l’acier une trempe plus forte que celle qu’il doit garder, et on le recuit à des températures Variables pour lui donner le degré de dureté que l’on désire. Pendant le recuit, l’acier perd d’autant plus de dureté qu on le chauffe à une température plus élevée.

L’ouvrier apprécie le point convenable pour le recuit, en profitant de la propriété que présente l’acier de prendre des teintes qui varient avec la température à laquelle il a été exposé.

Ces teintes sont dues a la formation d une couche très-mince a oxyde de fer qui produit les phénomènes des anneaux colorés. La chaleur donne à l’acier les teintes suivantes :

A 220°, jaune clair :

245°, jaune d’or ;

255°, brun ;

263°. pourpre ;

285 a 290°, bleuâtre ;

300°, indigo ;

320°, vert d’eau.

couteiSïîït’-i®8- Can(ifs iSOnf recuits au jaune 5 les ciseaux, les

les ressorts aU brun ’ lcS i'essorts dc montres, au bleu;

les îessorts de voilures, au rouge brun.

ceUe dTla&I® Par,la.tr®mPe Ullc modification comparable â dans le mémo \n^.Ies -a tremPe> Ie carbone ne se trouve plus non tremné Tnita U ?U avaï\l cette «Pcralion. En effet, l’acier très sensible rie <rr*>'V-|Un a^lde> se dissouten laissant un résidu

& Thldrogl/J Ph,U ; 16 CarbM‘C Se dé«°Se 4 d“

U'ebmnpC|ll|1P^lfiitf/UiS'i-varer densité de l'acier. Avant la 7 10b cns de 1 acier est 7,738, et après elle devient

plus que dâsmrsdteme°TvâléT,U On ‘C tl'e“I"S’ °l "C ,end

ACIERS

Nous dirons à quels signes on peut reconnaître le meilleur acier : 1° un acier de bonne qualité, trempé à une faible chaleur, devient très-dur ; 2° sa dureté est uniforme dans toute sa masse ; 3° après la trempe, il résiste au choc sans se rompre et ne perd sa dureté que par un recuit très-intense ; 4° il se soude avec facilité et sans se fendiller ; 5° il montre dans sa cassure un grain fin et égal ; il est très-dense et convient à la confection des objets polis.

On divise les aciers en quatre variétés principales: l’acier naturel, l’acier de cémentation, l’acier fondu , l’acier damassé, puis ensuite, l’acier puddlé, et l’acier corroyé.

Pour obtenir l’acier, on a recours à deux procédés complètement distincts : t° on peut décarburer partiellement la fonte ; c’est ainsi qu’on prépare l’acier naturel et l’acier puddlé-, 2° on peut aussi carburer le fer, on a alors l’acier de cémentation.

Acier naturel. — Cet acier porte souvent aussi le nom d’acier de forge ou d 'acier de fonte. On l’obtient en affinant incomplètement la fonte dans des creusets profonds au contact de l’air ou sous l’influence de l'oxyde de fer qui la décarburent. La fonte contient plus de carbone que l’acier ; on comprend donc qu’en enlevant à la fonte une certaine partie de son carbone, on puisse la transformer en acier. Dans la préparation de l’acier naturel, on emploie toujours de la fonte manganésifère, par les raisons qui ont été indiquées en parlant des forges catalanes.

L’opération se fait dans un foyer comparable aux feux u afhnerie, contenant la fonte en fusiou et une certaine quantité de battitures de fer. r .

Cet acier est principalement employé à la confection des instruments aratoires.

Dans l’extraction du fer par la méthode catalane, on carbure quelquefois assez le fer pour le transformer en acier naturel. . .

On prépare depuisquclques années un acier qui porte le nom d’act'er puddlé, que l’on obtient en puddlant incomplètement une fonte de bonne qualité.

Acier «le cémentation. — La cémentation est une opéiatiou dans laquelle on acièrc le fer en le chauffant pendant longtemps au contact du charbon en poudre. Le fer se combine alors avec t centième environ de carbone, et se transforme en acier. . ,

On se sert, pour la cémentation, de creusets ou de caisses de terre ou de briques réfractaires, qui sont placées de telle manière dans le fourneau que la flamme les enveloppe de tous

côtés Les caisses sont remplies de couches alternatives d une

matière charbonneuse, nommée cément, et de barreaux de ter , les barreaux métalliques ne doivent passe touchei. On place

dans les caissesdcs tiges de fer nommées èprowettes, que 1 on retire de temps en temps, et dont on se sert pour appicue

ACIERS

progrès de la cémentation. La température ne doit pas être assez élevée pour faire entrer l’acier en fusion.

On a beaucoup varié d’opinion sur la nature des céments qui conviennent le mieux pour la production de l’acier ; on ajoute ordinairement au charbon une petite quantité de cendres et de sel marin.

On cémente quelquefois de petites pièces de fer par un procédé qui porte le nom de trempe en paquets, et qui consiste à chauffer dans des caisses de tôle de fer, de fonte ou de terre, des objets de fer avec un cément composé de charbon, de suie, de cendres et de sel marin.

L’acier de cémentation est ordinairement recouvert d’ampoules ; c’est ce qui lui fait donner dans le commerce le nom a acier poule.

Lorsqu’on veut diminuer la dureté de la surface d’un acier, qu’on.le destine, par exemple, au travail du burin, on le chauffe, pendant cinq ou six heures, à une chaleur blanche, dans de la limaille de fer.

Les méthodes de fabrication de l’acier de cémentation et surtout de l’acier naturel donnent rarement un acier homogène, tenace et élastique. Lorsqu’on ne veut pas, ou qu’on ne peut pas le ramener par la fusion à une homogénéité parfaite, il est nécessaire de le corroyer d’une manière analogue à celle qui est employée pour le fer. Cet acier prend dans le commerce le nom d’acte?' corroyé.

Acier fondu. — Cet acier est le plus homogène et le plus estimé. On l’obtient en fondant, dans des creusets brasqués, de l’acier de cémentation coupé en petites barres et recouvert de charbon. Quand l’acier est devenu liquide, on le coule dans des lingolières en fonte, puis on le martèle et on l’étire en barres. 11 est très-dur; il peut prendre un peau poli, et présente souvent la propriété précieuse de se tremper par la seule action de l’air. Nous donnons dans la figure 1 14 le fourneau qui sert à fondre l’acier dans des creusets'd'argile réfractaire.

Acier damassé. — On donne ce nom à une variété d’acier qui se recouvre d’une espèce de moiré lorsqu’on le traite par ries acides étendus i on le nomme souvent aci£v Wootz ou acier indien. •

On obtient un acier propre au damassage en laissant refroidir entement de 1 acier riche en carbone ; il se forme alors dans la masse des carbures de fer en proportion définie qui peuvent

(m'S Bréanl) Ct aPParaitre ensuite par l’action des acides

• 0l w ° ,, Cnu également un acier damassé comparable à l’aciei Wootz, en fondant du fer de bonne qualité avec 2 cenicmes de noir de fumée ou de coke. Lorsqu’on se sert de ce ermer charbon, 1 acier contient en général quelques millièmes c aluminium; on a du reste signalé la présence de ce métal dans plusieurs aciers damassés venant de l’Inde.

On forme également des aciers damassés, en alliant à l’acier ordinaire du chrome, du platine, de l’aluminium.

On a fabriqué de très-belles lames damassées en alliant à de l’acier de petites quantités de tungstène ou de molybdène ( le duc de Luynes) . La méthode la plus sûre pour obtenir un acier propre au damassage, consiste à fondre dans un creuset réfrac-

taire 5 kilogrammes de fer très-pur avec 1/12 de graphite, 1/32 de battilures de fer, 1/24 de dolomie servant de flux. Pour faire apparaître le damassage, on décape l’acier avec du sulfate de fer contenant une certaine quantité de sulfate d’alumine. L’acier damassé ainsi préparé paraît être beaucoup plus dur que le meilleur acier fondu (M. Anocoffj.

La méthode métallurgique due à M. Bessemer a pour but d’obtenir directement de l’acier fondu en faisant passer un courant d’air dans la /onte liquide. La découverte capitale de M. Bessemer est (Lavoir reconnu que ce courant d'air traversant une masse de mute liquide, loin de le refroidir comme on aurait pu le croire, l’échauffe, au contraire, par suite de la combustion des corps plus oxydables que le fer qui se trouvent dans la fonte.

La disparition de 'ces cofps se fait successivement et dans un ordre qui dépend de leur oxydabilité et de leur affinité pour le fer.

Ce nouveau procédé d’affinage n’exige donc aucune consommation de charbon ; les métalloïdes contenus dans la fonte sont les véritables combustibles qui, en s’oxydant, produisent la température utile à l’opération.

Lorsqu’une fonte contient les éléments de l’acier, et en outre

des corps nuisibles que le courant d’air peut enlever sans détruire l'aciération, l’acier Bessemer est obtenu immédiatement, en arrêtant l’affinage au moment où les corps inutiles ont été oxydés.

Mais, dans la plupart des cas, pour produire un acier pur et surtout d’une qualité déterminée, on a intérêt à éliminer complètement tous les métalloïdes qui existent dans la fonte, à produire du fer et même du fer azoté ou brûlé ; on reconstitue ensuite l’acier en mélangeant le fer fondu avec une fonte aciéreuse.

La fabrication de l’acier par la méthode Bessemer est alors d’une simplicité q^œveilleuse ; elle revient à introduire dans du fer fondu, et ^piplétement affiné, des quantités variables de matières aciéreu^s qui se trouvent dans une fonte convenablement choisie.

L’appareil dans lequel se fait l’élaboration, ^auquel M. Bessemer adonné le nom de convertisseur (ccmue^a^^msiste en une sorte de cubilot mobile autour d’un axe hd^^ital formé de plaques de tûle boulonnées et garni intérieurement de terre réfractaire (/?<?. 115).

Fig. lis.

e fond de ce cubilot porte une plaque de fonte trouée, desiw*? • p.ls?er Passer les tuyères qui y sont vissées par leur paitie intérieure, et qui viennent déboucher au fond du vase, en restant entourées de lut réfractaire. Au-dessous des tuyères trouve un cylindre métallique, fermé par une plaque de te clavetee, de meme dimension que celle qui supporte les H1 es : 1 air y est amené par un tuyau qui permet aux tuyères conserver leur activité, quelle que soit la position de l’ap-

les étincelles06 ^01^e Une ouver^ure par laquelle s’échappent

La manœuvre de l’appareil est faite au moyen d’engrenages

mus à la main, ou à l’aide de machines. La cornue est d’abord remplie de charbons allumés, dont on entretient la combustion très-active, jusqu’à ce que l’intérieur de la cornue ait acquis une température très-élevée. On renverse alors l’appareil pour le débarrasser du charbon qu’il contient; puis, en lui donnant la position qui est indiquée dans la figure 115, où son axe est horizontal, on y fait arriver la fonte par une conduite; on donne au vent toute sa force, on relève l’appareil dans la position de l’axe vertical et l’opération commence.

La première impression de l’air sur la fonte produit un grand nombre d’étincelles : au bout de quelques minutes, on voit apparaître une flamme assez courte, rougeàtre^qui va sans cesse en croissant et en s’éclaircissant pendant Mplurée de l’opération. Avec quelque habitude, on trouve dams cette flamme des indications précieuses pour la conduite dMÉfcpération.

On peut, comme en Suède, arrêter la soïmlerie, et par conséquent l’oxydatiMfci métal, lorsque la fonte est arrivée au point de transformation pù elle est convertie en acier.

Mais, en général, on préfère dépasser ce point, et on continue le courant d’air jusqu’à ce que la cessation presque subite de la flamme brillante et volumineuse indique l’instant où la fonte est sur le point de se transformer en fer. On ajoute alors au métal une quantité déterminée de bonne fonte au bois manganésée, ordinairement^. L’appareil est relevé pendant un instant ; le métal est soumis à l’action d’un courant d’air rapide qui opère le mélange de la fonte et du fer, puis versé dans une grande poche en fer. Cette poche, enduite d’argile réfractaire, est percée d’une ouverture à la partie inférieure. Cette ouverture est fermée par une soupape conique en terre réfractaire pouvant se manœuvrer facilement. On transporte, au moyen d’une grue, l’acier en fusion au-dessus des moules ; on soulève la soupape, et l’acier fondu s’écoule, tout à fait exempt de scories, en un jet vertical, tombant directement au fond des moules sans en toucher les parois.

Nos fontes françaises non phosphoreuses, fabriquées au coke ou au charbon de bois, donnent des aciers excellents, lorsqu’on les traite avec intelligence dans le nouvel appareil.

La production de l’acier fondu en grande masse, obtenu avec des fontes au coke par le procédé Bessemer, est une véritable révolution métallurgique dont nous devons faire ressortir ici toute l’importance.

M. Fremy a développé les avantages du nouveau mode d’aciération dans le rapport qu’il apubliéàla suite de l’Exposition universelle de Londres de 1802. Nous empruntons à ce travail les considérations suivantes.

Les aciers fondus sont produits par des méthodes différentes, parmi lesquelles on peut citer : 1° la fusion de l’acier cémente ; 2° l’aciération au creuset de fers aciéreux, par un mélange de charbon et d’oxyde de manganèse ; 3° la fusion d’un mélange de fonte et de fer aciéreux ; 4° le procédé Bessemer.

Les trois premières méthodes peuvent donner sans aucun

doute des résultats excellents, mais la fusion de l’acier n’a encore été obtenue d’une manière pratique qu’au creuset contenant 20 kilogrammes d’acier.

Lorsqu'il s’agit de couler une grosse pièce d’acier, pesant par exemple 10,000 kilogrammes, on comprend toutes les difficultés que présente le maniement de 500 creusets chauffés dans 125 fours qui doivent donner au même moment l’acier convenablement fondu.

En outre, la préparation de l’acier fondu par les méthodes anciennes exige toujours l’emploi de fei’s spéciaux, aciéreux, d’un prix très-élevé, et une consommation de combustible considérable qui, en partant du minerai, représente en poids six à sept fois celui de l’acier produit.

La méthode Bessemer présente les avantages suivants :

1° L’acier Bessemer, convenablement préparé, offre toutes les qualités que l’industrie, la guerre et la marine peuvent demander à l'acier fondu en grande masse ; il est homogène, plus dur et plus résistant que le fer; comme il résulte du mélange du fer fondu avec une fonte aciéreuse, il peut être produit avec tous les degrés de dureté qu’exigent les applications, en modifiant les proportions de fer et de fonte.

2° L’acier Bessemer qui se produit à une température trèsélevée, qui est celle de la fusion du fer, est très-fluide au moment de sa formation ; il ne contient dans sa masse qu’un petit nombre de bulles ; on peut donc le couler rapidement dès qu’il sort de 1 appareil et donner ainsi à l’acier une première forme qui est achevée ensuite, presque sans déchet, par le martelage ou le laminage.

3° L aciération Bessemer est une des opérations les plus simples de la métallurgie ; elle se fait en quelques minutes et peut être confiée a des ouvriers même peu habiles ; elle présente la régularité d une réaction chimique et ne dépend plus des tours de main ou de l’adresse de l’ouvrier ; elle remplace toutes les operations si longues de l’aciération, qui sont l’affinage pour fer, la cementation et la fusion au creuset.

. aPPare^s Bessemer donnent, suivant leur capacité de

,000 a 3,000 et 10,000 kilogrammes d’acier, et permettent d?ob- 1a!?!.1’ en combinant plusieurs de ces appareils et en réunissant leui production, des masses énormes d’acier fondu. Un atelier DiefnpI?®1r’7cr°nlenaiî,t CI?UX aPPareils de 3,000 kilogrammes, remfc - ,d a Binage, 9 fours à puddler travaillant pen-

“ Prefau^ tn!!^?1'^’ 6 300 cre?sets Poul' la fusio'a de l’acier, sulfurent nn eb, ^on es au coke non phosphoreuses et peu C’est ■ |!lfnren û.!re employées dans l’aciération Bessemer. eu très-sérfpnco .î*u nouveau procédé qui doit être pris

nas do minom considération par tous les pays qui ne possèdent l a rniv nrn aiSr aC1(?1, et chez lesquels le combustible est rare, en v Mn amation du combustible dans le procédé Bessemer les! d éprenant le chaull'age des appareils, n’atteint pas .. poids de 1 acier obtenu ; tandis que, dans l’ancienne

a°'2 DOSAGE DU CARBONE.

méthode, le poids du combustible employé est six à sept fois jplus lort que celui de l’acier produit.