I. — DÉFORMABILITÉ

166. Divers modes de déformabilité. — Tout corps solide peut éprouver sans se briser des déformations permanentes, plus ou moins étendues. Entre la limite d'élasticité et la rupture s'intercale ainsi pour chaque solide une série d'états d'équilibre intéressants, mais encore peu étudiés. La déformabilité se manifeste d'ailleurs sous divers aspects : propriété de s'aplatir sous le marteau, propriété de s'étendre au laminoir {malléabilité)^ propriété de s'allonger à la filière (ductilité)^ pour ne citer que les plus importantes. Nous y joindrons la propriété de se laisser rayer ou user : c'est par la résistance à ce genre de déformation superficielle que se définit la dureté.

167. Malléabilité; ductilité. — Bien que le marteau, le laminoir et la filière agissent essentiellement de la même manière, comprimant le solide dans certains sens, pour l'étendre dans d'autres, ce phénomène général se complique de circonstances particulières (choc avec le marteau, traction avec le laminoir (^) et plus encore avec la filière), de telle sorte qu'un même corps ne se prête pas également à ces trois modes d'action. D'après Prechtl, les métaux les plus importants se rangeraient dans l'ordre suivant relativement à la facilité avec laquelle ils s'allongeraient dans les trois cas :

(') C'est encore avec le laminoir que le mode d'action est le plus simple et le plus régulier.

Sous le marteau.

Au laminoir.

A la aiière

Plomb.

Or.

Platine.

Étain.

Argent.

Op.

Cuivre.

Fer.

Zinc.

Étain.

Cuivre.

Argent.

Plomb.

Or.

Cuivre.

Zinc.

Platine.

Étain.

Fep.

Fer.

Plomb.

Les deux premières listes ne diffèrent pas notablement. Cependant le marteau permet d*amincir les métaux mous plus qu'on ne le peut au laminoir. C'est par martelage que se fabriquent ces feuilles d'or si minces qu'il en faut superposer plus de loooo pour atteindre la hauteur d'un millimètre. Les différences considérables que présente la troisième liste relativement aux deux premières proyiennent de ce que, pour supporter le passage aux plus petits trous de la filière, un métal doit être non seulement très malléable (^), mais encore assez tenace pour ne pas se rompre sous la traction qu'on lui applique. Les fils très fins s'obtiennent par le procédé de WoUaston: un gros cylindre d'argent fourré suivant son axe d'un fil fin de platine étant passé à la filière, les deux métaux s'étirent ensemble et, après un certain nombre de passes, en enlevant l'argent au moyen de l'acide azotique, on a un fil de platine d'une extrême ténuité.

Diverses circonstances influent sur la malléabilité :

1^ La structure : une structure amorphe ou fibreuse est favorable.

i"" La présence, même en faible quantité, de certains éléments chimiques. L'or est particulièrement sensible à ce genre d'action : d'arsenic l'empêche de se bien laminer.

lOOO

3« La température : la chaleur rend en général les corps plus mous et plus malléables. Cet effet est bien connu pour les substances organiques, telles que la résine, la poix, la cire, etc. 11 apparaît encore très nettement dans la plupart des métaux, et particulièrement dans le fer et le platine (152). Le zinc ne se laisse laminer que vers iSo"*; peu malléable à la température ordinaire, il est tellement cassant au-dessus de 200^ qu'on peut alors le pulvériser dans un mortier.

(^) Si malléable que soit le métal, un fil sortant de la filière a toujours un diamètre un peu supérieur à celui du trou par lequel il vient de passer, une partie seulement de la déformation persistant quand l'action cesse.

DËrORMABILITË. — ÉCOULEMENT DES SOLIDES. 453

168. Ëooulement des solides. — M. Tresca a fait sur la déformation permanente par compression des expériences importantes qui montrent comment une pression exercée suivant une direction déterminée se transmet latéralement dans le solide et repousse la matière jusqu'aux parois.

Le bloc qu'il s'agit de comprimer est constitué par uue série de lames paraUèles superposées : la déformation individuelle de chaque lame permet de constater le déplacement des difTérenles particules de la masse. -

La Bgure 334 représente une coupe de la galetle obtenue par la

compression d'un bloc cylindrique (indiqué par les traits ponctués) composé de vingt lames de plomb. On voit qu'il s'est produit

surtout au centre du bloc un écoulement vers la circonférence : les lignes de joint, qui étaient d'abord parallèles, forment après la

iU PRINCIPALES PROPRIÉTÉS DES SOLIDES.

-compression une sorte de gerbe, très resserrée au milieu et épanouie sur les bords.

La figure saS montre une coupe du solide résultant de l'écoulement de deux rondelles de fer pressées à chaud par un marteau pilon sur une matrice en acier percée d'un trou circulaire; la figure »6

Fig. 116

représente une coupe du jet obtenu avec huit plaques de plomb comprimées par une presse hydraulique sur une matrice semblable. En passant au laminoir une mince lame de plomb sur laquelle il avait préalablement fait graver une suite de rectangles égaux. M. Tresca a reconnu que chaque passe déterminait un allongement commun à tous les rectangles et qu'aucun d'eux n'augmentait de largeur. Toutes les files de molécules parallèles à l'axe de la -lame se soni donc étirées simultanément. Quant à l'absence d'allongement appréciable dans le sens perpendiculaire, il faut l'atlri-

DÉFORMABILITÉ. — ÉCROUISSAGE. 455

buer aux résistances de frottement développées Je long de la génératrice de contact de la lame arec les cylindres du laminoir. La même expérience ayant été répétée sur un bloc formé de plusieurs lames minces superposées, les rectangles des bords se sont seuls élargis d^une petite quantité, la matière des lames intermédiaires, non retenue par le frottement, s^étant écoulée entre les deux surfaces supérieure et inférieure par une sorte de bavure. On a observé également que les couches extérieures, directement entraînées, s'étirent plus que les couches intérieures, la différence étant d'autant plus marquée que la passe est plus faible.

Dans rétirage des tubçs sur mandrin, dans le tréfilage à la Wollaston, nous retrouverions des exemples très nets d'étirage parallèle. Sans insister sur ces opérations, nous indiquerons encore une application curieuse de l'écoulement des corps solides à la fabrication des tubes d'étain destinés à renfermer les couleurs broyées à rhuile. Un flan de métal de la dimension d'une pièce de deux francs étant placé dans une matrice de même diamètre, on appuie bien concentriquement sur ce flan un poinçon dont le diamètre est un peu plus petit, d*une fraction de millimètre seulement. La matière comprimée ne peut absolument s'échapper que par l'étroit espace annulaire resté libre entre la matrice et le poinçon ; et, à mesure que celui-ci s'enfonce, l'étain se soulève en une véritable nappe cylindrique qui s'écoulerait jusqu'à épuisement complet. En s'arrêtant quand il reste une pellicule métallique au fond de la matrice, on obtient un vase qui peut avoir jusqu'à trente centimètres de profondeur et qui répond parfaitement à sa destination.

169. Éorouissage. — Toute opération mécanique (martelage, laminage ou étirage) par laquelle un corps est fortement comprimé constitue un mode d'écrouissage. Le corps écroui est en général devenu plus dense, plus dur, plus élastique, et aussi plus cassant. L'augmentation de densité, presque sans exception sous le marteau et au laminoir (^), est moins constante à la filière. C'est

(*) Cependant le capitaine Caron (C. R., LXX, 1263; 1870) a trouvé :

Fer pur fondu dans Thydrogène 7,880

Le même forgé 7,868 ;

que dans retirage» outre la compression latérale tendant à augmenter la densité, il y a une traction longitudinale tendant à la diminuer.

Un recuit suffisant fait disparaître les effets de Técrouissage : le corps redevient doux, malléable, et reprend sensiblement la densité qu'il avait à Tétat fondu.

M. Baudrimont(^) a mesuré la densité de divers métaux, fondas, martelés, laminés, étirés : il a trouvé que le tréfilage en fil fin amène un accroissement de densité dépassant celui que produisent toutes les autres préparations.

Wertheim (^) a repris et étendu ces déterminations ; le tableau suivant résume son travail :

BSmiTB DO IIITAL

foodn. étiré. reçoit.

Plomb ii,2i5 iiyiôg ii,232

Etain 7,285 7>3i3 7,290

Cadmium 8,6o5 8,665 8,52o

Argent 10, 366 10,369 io,3o4

Or i9i4o7 i9,5i4 i9>^35

Zinc du commerce. 6,938 7,008 7,060

Palladium » 1 19^59 11,225

Platine » 21,275 21,207

Cuivre 8,729 8,933 8,936

Fer du Berry » 7,748 7>757

Acier fondu » 7,7*7 7>7"9

Acier anglais » 7^7*8 7,628

170. Trempe. — La trempe est une sorte d*écrouissage obtenu par immersion dans un liquide, plus généralement par refroidissement brusque du corps, au préalable fortement chauffé.

Les couches extérieures, saisies par le froid et contractées, pressent énergiquement le noyau intérieur qui réagit et cherche à agrandir son enveloppe. Puis le noyau se refroidit à son tour, et, se. contractant, tire sur l'enveloppe qui résiste. De là fina-

et M. Riche {Ann. de chim. et de phys, (4), XXX, Mii ; 1873) a reconnu que le travail mécanique (laminage ou frappe) diminue légèrement la densité de Tacier recuit.

(*) Baudhimont, Ann. de ehim, et de phys. (2), LX, 78; 1835.

(') Wertheim, Ann. de chim. et de phys. (3), XII, 386; 1844.

DBFORMABILITÉ. — TREMPE. 457

lement, d'ordinaire, dans le noyau une tension considérable et une densité au-dessous du chiffre normal ; dans Tenveloppe au contraire une forte compression et un excès de densité ; dans la plus grande partie de la masse enfin, par suite des obstacles apportés au libre mouyement des molécules pendant le refroidissement, une structure voisine de Tisotropie parfaite (134).

Acier et métaux trempés. — Pour tremper Tacier, on le chauffe au rouge, et on le plonge dans Teau ou dans quelque autre liquide (^).

Bien que, comme nous venons de l'indiquer, le phénomène soit complexe (et nous ne parlons pas ici des réactions chimiques), Feffet dominant est assez exactement comparable à Faction d'un marteau ou d'une frette sur le métal incandescent (^) : cette comparaison est justifiée par les récentes expériences de M. Clémandot (') sur la trempe de l'acier par compression. L'acier, chauffé au rouge cerise, est comprimé brusquement à looo, i5oo, 2000 kilogrammes par centimètre carré, puis laissé sous pression jusqu'à complet refroidissement : il présente alors la finesse de grain et la dureté caractéristiques de l'acier trempé. On n'a même pas besoin de le soumettre au recuit nécessaire avec la trempe ordinaire pour enlever Taigreur que celle-ci communique toujours.

Ce recuit, diminuant en même temps la dureté, sera proprotionné aux usages auxquels l'acier doit servir. Pour apprécier la température du recuit, on utilise la propriété que possède le métal, préalablement poli, de revêtir par oxydation superficielle les couleurs des lames minces. L'acier réchauffé passe successivement au jaune paille (aao*), au jaune doré (240**), puis au pourpre (260*), au violet (270'), au bleu clair (290*), au bleu foncé (32o*), et enfin au bleu noir (33o°). D'après cette échelle, d'après aussi la nature du métal dont la dureté se perd d'autant moins par la chaleur qu'il est de meilleure qualité, on s'arrête à telle ou telle teinte. Ordinairement les instruments destinés à travailler les métaux se recuisent

(*) Le mercure produit un refroidissement très rapide. On produit des trempes moins fortes en plongeant l'acier dans la résine ou dans des corps gras fondus. Le capitaine Caron a obtenu de très bons résultats par immersion dans de Teau à 55* ou à ioo«.

(*) Caron, C. R., LVI, 244 ; 4863.

(») Clémandot, C. R., CXIV, 703; 4882.

au jaune paille ou au jaune d'or; les objets de coutellerie au pourpre, les ressorts de montre au violet ou au bleu ; enGn on va jusqu'au bleu noir pour les outils qui doivent être plutôt tenaces que durs, comme les scies fines ou les forets.

Les pièces d'acier soumises à la trempe se déforment, leurs diverses dimensions variant inégalement; mais dans tous les cas la densité diminue. Ce fait, annoncé par Réaumur, confirmé par Riamann, contesté par Karsten, a été mis hors de doute par Garon (^) : dans une de ses expériences, après trente trempes successives la densité de 7,817 devint 7,742. Fromme (^) a trouvé que Taccroissement de volume d'un morceau d'acier par une trempe complète était de 0,010 à 0,01 3 ; le recuit au jaune réduisit cette augmentation à moitié; au bleu elle n'était plus que o,oo3; au noir le volume reprenait sa valeur primitive.

La trempe diminue aussi la densité du cuivre (^) et celle du verre (^) ; mais elle augmente celle du laiton (^) et surtout celle des bronzes riches en étain, tels que le métal des tam-tams, préalablement recuits (•). 11 est à noter qu'entre le bronze et l'acier l'opposition est complète : d'Arcet ('), au commencement du siècle, a montré que la trempe adoucit le bronze riche en étain, à ce point qu'on peut alors l'aplatir au balancier, tandis que le même métal, réchauffé et refroidi lentement, supporte difficilement la frappe sans se briser (^). Le recuit est au contraire préférable à la trempe dans le travail du cuivre jaune.

Verre trempe. — On a remarqué depuis longtemps les effets curieux de la trempe sur le verre.

0) Caron, C. R., LVI, 241; 1863.

(«) Fromme, Gôttingen's Nachr.j 165; 1876.

(«) Riche, loc. cit. y 390.

(^) Wertheim et Ghevandier, loc. cit^ 137, et Riche, loc, eit,, 415. |

(*) Riche, loc, cit., 407. L'effet est Taible, le laiton qui s'écrouit fortement par le tréfilage se modifiant peu par la trempe.

(•) Riche, loc. cit., 303.

C) D'Arcet, Bulletin de la Société d' encouragement ^ 289; 1814.

(^) Toutefois l'adoucissement découvert par d'Arcet n'est pas suffisant pour qu'on puisse travailler industriellement à froid les bronzes riches en étain. M. Riche a montré que, semblables au zinc, ces alliages, d'une extrême dureté à froid, pulvérlsables au rouge cerise, se forgent, se laminent, vers le rouge sombre, avec une remarquable facilité. Il a pu ainsi introduire en France la fabrication des tam-tams par la méthode môme des Orientaux.

DÉFORMABILITÉ. — TREMPE. 459

Si on laisse tomber dans de Teau froide des gouttes de verre fondu, on obtient des espèces de larmes solides que Ton appelle en France larmes bataviques ou larmes de Hollande, du pays d'où elles nous vinrent vers le milieu du dix-septième siècle {^), et que Ton nomme gouttes de Rupert en Angleterre où le prince Rupert les apporta vers la même époque (^).

Résistant très bien au choc du marteau sur leur panse, ces gouttes se réduisent en poussière si on en rompt la queue ; et cette pulvérisation, accompagnée d'un dégagement de chaleur et de lumière, est assez violente et instantanée pour briser un épais vase de verre plein d'eau, à Fintérieur duquel on Ta provoquée.

Une larme batavique est donc dans un état d'équilibre instable, caractérisé par une tension considérable de certaines parties de la masse.

On admettait autrefois (^) que le noyau intérieur, encore rouge et fortement dilaté alors que la couche extérieure était déjà refroidie, avait dû conserver un volume supérieur à celui qu'il aurait pris si toute la larme s'était refroidie lentement; d'où à l'intérieur un état de dilatation forcée ne se maintenant que par la résistance de la couché superficielle et déterminant l'explosion si, par la rupture en un point, cette résistance venait à être détruite. Mais M. de Luynes(*), avec l'acide fluorhydrique, dont l'action se modère et se localise à volonté, a pu dissoudre progressivement toute la queue à partir de l'extrémité effilée sans produire l'explosion; toutefois, lorsqu'il arrivait au col de la larme, la masse se séparait en une infinité de fragments. Inversement, en plongeant une larme dans l'acide fluorhydrique par la partie renflée jusqu'au voisinage du col, il a vu l'acide ronger peu à peu les différentes couches de verre, et au bout d'un certain temps dissoudre entièrement la larme sans donner lieu à aucune explosion. De là il conclut que la masse intérieure forme un système stable par lui-même et que les propriétés des larmes bataviques sont dues principalement à un état d'extension des couches extérieures. A l'appui de cette opinion,

(1) MoNcoMz, Journal des voyages. Lyon, i665-6<i.

{*) Collection académique, t. VI, p. 261 ; éphémérides d'Allemagne.

(») Voir en particulier Dufodb, C. R., LXVIII, 398; 1869.

{*) Dk Ldynes, Ann, de ch. et de phys. (3), XXX, 229 ; 4873.

IVf. de Luynes rappelle que le verre brusquement refroidi reste dilaté : une lame de verre & faces parallèles se courbe et devient convexe du côté de la surface trempée. Les couches extérieures d'une larme sont donc en quelque sorte gonflées et tendues comme le seraient une série de poires de caoutchouc dilatées de manière à s'embotter les unes sur les autres et réunies toutes par leurs cols assujettis à l'aide d'une seule ligature ('). 11 est clair qu'en supprimant la partie commune à tous les cols, on détruirait l'équilibre du système, tandis qu'on pourra enlever successivement chaque enveloppe sans compromettre l'équilibre général, maintenu par les poires intérieures; mais on fera éclater la larme en la coupant par le gros bout de façon à rendre encore libres toutes ensemble les couches de verre inégalement trempées de l'enveloppe.

(') Pour comprendre ce fait, il sufQt, nous semble-t-il, de remarquer que, par suite de U mauvaise conductibilité du verre, la première phase du phénomèDS de la trempe, tel que nous l'avons décrit plus haut, doit avoir ici un etTel très prédominant, toute la partie extérieure et moyenne de la larme étant déjï refroidie el déflnilivement dilatée quand le centre se solidifie. On peut effectivement faire des larmes balaviques en d'autres corps mauvais conducteurs, en colophane par exemple, ainsi que Ta montré H. Marangoni {Nuovo Cànento, V, H6 ; 181»).

DÉFORMABILITÉ. — TREMPE. 461

Si les couches extérieures déterminent la rupture par leur force de ressort lorsqu'on les rend libres de se détendre, les molécules de chaque couche doivent se déplacer en sens inverse suivant qu'on attaque la goutte du côté de la queue ou du gros bout. Une section plane prendra donc Tapparence d'une surface conique, le sommet du cône étant dirigé du côté où s'est faite la coupure. En noyant la larme dans du plâtre gâché, M. de Luynes a réussi à maintenir les fragments en place après la rupture, puis, séparant avec précaution les tronçons, il a vérifié ces conséquences, comme le montrent les figures 227 et 228. La figure 227 représente en A une larme après rupture par destruction du col et en B la disposition des fragments dans cette larme ; la figure 228 indique le mode de cassure d'une larme sciée par le gros bout en a. On voit que dans chaque cas les couches extérieures se sont retirées à partir de la section, ainsi que l'auraient fait les parois d'une série de poires de caoutchouc superposées et gonflées, suivant la comparaison de M. de Luynes.

A une fragilité sui generis les larmes bataviques unissent une grande solidité puisque, comme nous l'avons vu, on peut frapper sur la partie renflée à coups de marteau sans la briser. M. de la Bastie a réussi à développer cette propriété par une trempe spéciale dans des matières grasses très chaudes (^), et à fabriquer ainsi des objets en verre, sinon incassables, du moins remarquablement résistants et élastiques. Quand ils se brisent, ils se réduisent en une infinité de fragments à la façon les larmes bataviques. On amène infailliblement la rupture en détruisant les couches extérieures; on ne peut donc ni scier le verre trempé, ni le percer, ni le couper au diamant, sauf en certains points particuliers que décèle l'examen dans la lumière polarisée (de Luynes et Feil) (^) ; il faut donc avant la trempe tailler les vitres à la grandeur voulue.

Soufre trempé. — La trempe produit sur le soufre un efl^el extrê-

(*) Cette trempe est une opération délicate, les conditions variant avec la composition du verre et avec les dimensions des pièces. Le cristal, qui fond à basse température, se trempe dans un bain de graisse pure chauffée entre 6o« et iao<>; on plonge le verre ordinaire dans un mélange d'huile et de graisse porté à une température variant de i5o<» à 3oo<>; pour les verres peu fusibles, on opère à une température encore plus élevée.

(') On peut percer un disque en son centre, couper une plaque carrée suivant une parallèle à un côté par le centre, mais si on essaie de la scier selon une diagonale, elle éclate quand on atteint une certaine profondeur.

mement remarquable : elle donne le soufre mou^ dont les curieuses propriétés son t^ trop connues pour qu'il soit nécessaire de les rappeler ici.

171. Dureté. — Le diamant raie tous les autres corps et il n'est rayé par aucun d'eux : c'est le corps le plus dur. Mohs (^) a dressé la table suivante, très employée par les minéralogistes, et dans laquelle il a placé lo minéraux usuels, du plus tendre au plus dur, dans un ordre tel que chacun est rayé par tous ceux qui le suivent et raie au contraire tous ceux qui le précèdent.