PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DE LA CÉMENTITE

10 Densité.

Au cours de mes premiers essais, J'avais pris la densité de la cémentite par la méthode du flacon en me servant de l’eau comme liquide de référence. Mais, malgré la grosseur relativement importante des grains de cémentite employés, il est extrêmement difficile de chasser entièrement l’air adhérent à la poudre et les valeurs obtenues pour la densité peuvent être entachées d’une erreur assez importante. J'ai employé ‘alors le tétra-chlorure de carbone, avec lequel, par suite de ‘sa tension capillaire plus faible, il est plus facile d'obtenir des résultats constants.

Le tétrachlorure employé fut d’abord rectifié par distillation fractionnée, en ne recueillant que la partie passant à température fixe. Le produit ainsi obtenu avait une densité à o° par rapport à l’eau à o° de 1,632.

J'ai ainsi effectué un certain nombre de mesures de la densité d'échantillons différents. Les chiffres obtenus furent compris entre 7,39 et 7,46 avec une valeur moyenne de 7,43.

Ce chiffre diffère assez notablement du chiffre indiqué par Moissan au cours de ses recherches sur les carbures métalliques et qui était de 7,07. Il semble toutefois que cette dernière valeur de la densité soit plus entachée d'erreur que la précédente. En effet, les échantillons de cémentite mis en

CONTRIBUTION À L'ÉTUDE DE LA CÉMENTITE Ur

œuvre diffèrent par leur mode de préparation et, par suite, par les impuretés qu’ils contiennent. Dans la cémentite préparée par carburisation du fer électrolytique, la seule impureté importante sera le fer non transformé. Dans la cémentite, préparée par la méthode de Moissan, les impuretés sont constituées principalement par du graphite, provenant de la fonte, et du carbone ou des carbures d'hydrogène ayant échappé à la purification. Ces impuretés, de faible densité, auront une beaucoup plus grande influence sur la densité de la cémentite, que le fer corps de densité très voisine de celle de la cémentite.

Un calcul simple montre en effet que l'erreur produite sur la densité de la cémentite par une teneur en fer de 3 0/0 n'est que de + o,o1 tandis qu’une teneur égale en impuretés de densité 2,5 produit une erreur d'environ — 0,45.

D'autre part, il ne ressort pas des résultats de Moissan, qu'il ait employé, pour mesurer la densité un autre liquide que l’eau, qui a toujours tendance, surtout dans le cas des poudres fines, à donner des chiffres entachés d'erreur par défaut. Or la poudre de Moissan était certainement très fine puisque préparée par voie analytique à partir d’un culot de grains de cémentite eutectique qui peuvent être parfois assez gros, tous

fonte blanche. Elle contenait en effet, outre les

les grains de cémentite provenant de l’évolution de l’austénite, grains forcément beaucoup plus fins.

Pour ces diverses raisons, la valeur que j'ai donnée pour la densité de la cémentite doit être plus exacte que celle qui avait été indiquée par Moissan.

J'ai pris, d'autre part, la densité de la cémentite préparée par électrolyse, cémentite très fine et partiellement oxydée au cours des lavages, et j'ai trouvé pour deux mesures :

(0 0 — — F d = 7,002 et d' = 7:00

soit un chiffre légèrement inférieur à celui de Moissan.

42 PIERRE PINGAULT

Ce même corps, réduit par l'hydrogène, a pour densité :

20 Stabilité de la cémentite.

On peut toutefois se demander si la cémentite ne présente pas de points de transformation et si la différence des densités, constatée au chapitre précédent, n’est pas due au fait que la cémentite de Moissan, préparée par dissolution d’un culot de fonte trempée à haute température, serait dans un état allotropique différent de celle que j'ai obtenue par synthèse au-dessous de 650°.

Il m'a fallu tout d’abord étudier la stabilité de la cémentite.

En effet, la cémentite est thermodynamiquement instable à la température ordinaire. Elle se forme, à l’état stable, aux hautes températures et ne peut être conservée, à la température ordinaire, que par suite des résistances passives. Il était donc à craindre, et ceci paraissait confirmé par quelques résultats antérieurs, que la cémentite ne se décomposât par simple chauffage à une température relativement peu élevée en carbone et fer, plus ou moins carburé, une telle décomposition produisant évidemment une anomalie dans toutes les courbes d'analyse thermique ou dilatométrique.

Charpy avait signalé antérieurement (!) que la cémentite, par simple chauffage à une température voisine du rouge, donnait du graphite après dissolution dans l'acide azotique étendu. L'expérience est facile à recommencer : une pincée de cémentite chauffée au rouge sur lame de platine est en effet nettement décomposée. Il en est de même après un chauffage de quelques minutes dans un tube à essais. Cepen-

dant, une observation attentive permet de remarquer, dans ce cas, qu'une légère flamme bleue d'oxyde de carbone se forme dans le tube, quelques millimètres au-dessus de la poudre.

Ce fait de la non-stabilité de la cémentite vers 7000, quoique parfaitement en accord avec le caractère endo-thermique du composé paraît en contradiction complète avec ce que l’on peut observer par le chauffage des fontes blanches pures. En effet, si, dans le cas des fontes blanches siliceuses, 1l est relativement facile d'obtenir, par chauffage à température assez basse, la décomposition totale de la cémentite en graphite et ferrite, ainsi que le montre la pratique industrielle des fontes malléables américaines où à cœur noir, il n’en est plus de même pour le cas des fontes blanches très pures où des chauffages à goo° et 10000 ne suffisent pas à provoquer cette décomposition.

Ce phénomène se retrouve également dans le cas des aciers. Dans tous les aciers courants, il est possible de faire passer un très grand nombre de fois le carbone du métal de l’état cémentite, à l'état austénite, et réciproquement sans jamais libérer de graphite. Par contre, dès que la teneur en silicium devient assez grande (1), il est possible, même avec les teneurs en carbone faibles, de libérer entièrement tout le carbone à l’état de graphite.

De plus, nous avons vu précisément qu'il était possible de préparer de la cémentite par synthèse à 850°-900°, il semblait donc étonnant que la cémentite soit relativement très stable dans le cas des fontes ou des aciers, et ne le soit plus à l’état isolé. Les décompositions vers 700° signalées précédemment ne pourraient donc provenir que d’une teneur en silicium anormale, ou que d’un phénomène parasite, tel que l’action de l’air, comme le donne à penser la présence de la flamme d'oxyde de carbone. Afin d’élucider cette ques-

(‘) Carry et Connu-THénarn. R, M., XII (1915), n° 6,

h4 PIERRE PINGAULT

tion, j'ai chauffé de la cémentite dans de petits tubes en silice que j'avais fermés au chalumeau après y avoir fait le vide.

Au cours des premières expériences, les tubes, après un chauffage d’une durée variable, faisaient explosion ou tombaient tout au moins en morceaux. Cet accident provenait tout d’abord de la difficulté de réaliser un vide convenable dans un tube plein d’une poudre assez fine malgré l'emploi d’une pompe à huile donnant très facilement un vide inférieur au 1/10° de millimètre de mercure, de l’air restant mécaniquement interposé entre les grains de poudre ou adsorbé par la cémentite.

De plus, la silice vitreuse constituant ces tubes, cristallise très rapidement à des températures relativement basses, et devient très fragile au contact de la cémentite, ainsi qu’il était facile de s’en rendre compte par l'impossibilité de fermer le tube au chalumeau à oxygène, lorsque quelques grains de poudre étaient restés adhérents à la partie effilée du tube.

S'il est impossible d'empêcher la cristallisation de la silice, il est facile d’éviter en grande partie ces accidents en chauffant, au préalable, le tube avant la fermeture, vers 500-600° au moyen d’un petit four électrique.

Les résultats obtenus ont alors été les suivants :

Après 1 heure de chauffage à 1 225°, le produit enfermé dans le tube se trouve sous forme d'une poudre partiellement fondue, c’est-à-dire constituée, d’une part, par des globules métalliques fondus, d’autre part, par une poudre impalpable, noirâtre, beaucoup plus foncée que la cémentite de départ.

Les globules, étudiés au microscope métallographique (photos 20 et 21) présentent l'aspect d’une fonte grise riche en carbone, tandis que la poudre, attaquée par l'acide nitrique étendu, se révèle comme très riche en graphite.

Il en a été de même après chauffage d’une heure à 1 19750.

Par contre, après 1 heure de chauffe à r 0750, la cémentite n’est pas modifiée quant à son aspect extérieur. Les grains sont simplement légèrement agglomérés, mais le bloc obtenu ne présente aucune cohésion. L’essai à l’acide nitrique montre des traces très nettes de graphite.

Enfin, à 1 0000, après 1 heure, la cémentite est également priseen masse, mais non décomposée (pas de graphite libre), tandis qu'après 8 heures et 10 heures, à la même température, la décomposition commence à peine (traces impondérables de graphite libre).

On peut donc dire que, dans le cas de la cémentite libre, comme dans les cas industriels, il n’existe pas de température précise de décomposition de la cémentite mais que le phénomène est fonction du temps, comme tous les phénomènes mettant en jeu des résistances passives, et que, de plus, tant que l’on n’atteint pas des températures nettement supérieures à 1 000, la cémentite libre paraît très stable.

Par contre, dès que l’on arrive aux températures voisines de la fusion de la fonte, la cémentite se décompose très rapidement, l'excès de carbone se sépare de la fonte en fusion et ce carbone libre oriente la fonte, au cours du refroidissement, vers l'état graphite-ferrite.

3° Points de transformation de la cémentite.

Nous venons de voir que la cémentite peut être chauffée dans le vide, jusque vers 1 000, sans subir de décomposition. Il est donc possible d’en rechercher les points de transformation, tout au moins en opérant à l'abri de l'air.

Cependant, il est impossible d'obtenir des échantillons de cémentile massifs, à cause de la très faible vitesse de carburisation et de la très grande fragilité des échantillons obtenus. De plus, l'échantillon se déforme par suite du foisonnement de la cémentite déjà signalé lors des essais de car-

A6 PIERRE PINGAULT

burisation de pièces massives que j'ai entrepris, et par suite du gonflement assez faible mais réel produit par la transformation fer-cémentite. Il est absolument impossible d'essayer de le redresser, même s’il n’est pas encore entièrement transformé en cémentite, car la couche de cémentite non malléable se décolle du métal sous-jacent.

Pour ces différentes raisons, Je n’ai pu songer à m'adresser à l’analyse dilatométrique et j'ai dû me borner à la recherche des points de transformation par l’analyse thermique.

& Couple

fils de suspension

Tubesde silice

Carton d'amiante

__ Tube de silice - Amiante cardée

"-Cémentite tassée