A. — PROPRIÉTÉS CHIMIQUES, PHYSIQUES ET MÉCANIQUES DES ACIERS

Généralités et définitions. — L’influence de la composition chimique des aciers sur leur résistance est une question devenue tellement à l’ordre du jour depuis quelques années, que nous avons cherché à rassembler, sous une forme aussi rationnelle que possible, les résultats auxquels sont, arrivées diverses usines ayant étudié ou fait étudier cette question, tant an point de vue de la science pure qu’au point de vue non moins intéressant de l’emploi de l’acier dans les constructions. Quel que soit, en offcl, le mode do production des aciers, qu’ils soient puddlés, cémentés, etc., ou obtenus par les procédés Bessemer ou Martin, etc., tous ces aciers (s’ils ont la même pureté physique) sont identiques ou du moins peuvent être amenés à être semblables, non seulement comme composition chimique, mais aussi comme structure physique : les aciers coulés sans soufflures eux-mêmes, non martelés, peuvent être comparés, lorsqu’ils ont subi des recuits et des trempes convenables (voir Structure, Recuit et Trempe des aciers), aux meilleurs aciers forgés ou laminés.

Les expériences les plus remarquables ayant pour but d’étudier les rapports existant entre la composition chimique et les propriétés mécaniques des aciers ont été faites, à l’occasion de l’Exposition de 1878, par M. le professeur Bauschinger, de Munich, sur les aciers de Reschitza (Hongrie), par le Jernkontoret (comptoir des forges de Suède) et enfin par la Compagnie de Terrenoire. Nous résumerons ici, en les comparant, les divers résultats obtenus et nous appellerons principalement l’attention sur les essais à la traction, pour lesquels il existe des concordances bien dignes de remarque, si l’on songe que les expériences ont été faites par des opérateurs différents, dans des laboratoires éloignés, à l’aidr de méthodes d’analyse et de machines d’essai essentiellement différentes. Nous ne décrirons pas ici ces méthodes, mais nous devons faire ob server que dans des études de ce genre, aussi

bien pour les métaux de la série du fer que pour les cuivres, bronzes, laitons, etc., il est absolument indispensable de faire les analyses sur les échantillons mêmes soumis aux épreuves mécaniques.

Dans tout ce qui suit, nous désignerons (spécialement pour les résultats à la tractionl par :

L, la charge correspondant à la limite d’élasticité, en kilogrammes par millimètre carré.

R, la résistance maxima à la rupture, en kilogrammes par millimètre carré.

C, la contraction pour 100. C =

s et s'

étant les sections initiale et finale de la barre soumise à l’épreuve de traction.

a, l’allongement pour 100 à la rupture mesuré entre des repères à 200 millimètres de distance.

a', l’allongement pour 100 mesuré entre repères à 10O millimètres de distance.

Te, travail de résistance vive élastique.

Tr, travail de résistance vive de rupture.

En relevant avant la limite d’élasticité les allongements sous charge, on peut calculer le module moyen d’élasticité, E, à la limite d’élasticité en kilogrammes par millimètre carré. Cette étude a été faite d’une manière fort remarquable par M. Bauschinger et démontre l’exactitude d’un fait signalé déjà depuis plusieurs années, savoir : la constance du module d’élasticité pour tous les aciers.

Pour bien préciser ce que l’on doit entendre par limite d'élasticité, module d'élasticité, allongement élastique maximum, supposons une barre d’acier soumise à un effort soit longitudinal, soit transversal. Cette barre peut supporter une certaine charge sans se déformer d’une façon permanente, ou pour mieux dire d’une façon permanente appréciable, car il est démontré aujourd’hui, grâce aux excellents moyens de mesure dont on dispose depuis quelques années, que les allongements permanents commencent à se faire sentir dès les plus faibles charges ; mais il arrive un moment où ces déformations permanentes, d’abord très petites et à peine mesurables, deviennent brusquement considérables. Au même moment, les allongements (ou déformations), qui étaient pendant la première période de l’expérience proportionnels aux charges, croissent plus vite que les charges pour redevenir ensuite plus voisins de la proportionnalité, jusqu’au moment où la barre continue à s’allonger sans qu’il soit besoin d’augmenter la charge et l’on arrive à la rupture. Cette dernière période est celle pendant laquelle a lieu la contraction de la section au point où va s’opérer la rupture, et cette rup. ture se produit sous une charge moindre que la résistance maxima à la rupture : condition dont il faut tenir compte, quand on trace les diagrammes du travail de résistance vive de rupture, ainsi que l’indique le diagramme théorique ci-dessous.

La première période a pour limite supérieure la limite d élasticité, et à cette limite correspond une déformation qui est ce que l’on doit appeler 1 allongement élastique maximum; le quotient de l’un par l’autre donne le module moyen d’élasticité à la limite d’élasticité. Pratiquement parlant, c est la valeur de l’allongement élastique maximum qui définit le mieux la dureté ou pour mieux dire l’élasticité d’un acier.

Les déformations permanentes commençant dès les plus faibles charges, il en résulte que, si une barre est soumise à des charges successives qu on ramène a 0, cette barre prend, dans la machine môme, une nouvelle limite plus grande que sa limite vraie : c’est pourquoi on doit déterminer la limite d’élasticité (comme cela a été fait

par le Jernkontoret et Reschitza) sans ramener chaque fois à 0, et prendre pour cette limite le moment où les allongements cessent d’être proportionnels aux charges.

En examinant les tableaux fournis par le Jernkontoret et Reschitza, on trouve la confirmation des faits suivants :

1° Les aciers les plus carburés (voir plus loin Influence du carbone) peuvent supporter une plus forte charge que les aciers doux, sans déformation permanente appréciable.

2° Tous les aciers prennent sous une charge donnée un même allongement toutes les fois que l’on n’a pa3 dépassé la limite d’élasticité de l’acier considéré; la proportionnalité des charges aux allongements se continue plus loin pour les aciers durs que pour les aciers doux : voilà le fait important.

3° La limite d’élasticité ne correspond pas à un même allongement pour tous les aciers; mais, au contraire, certains aciers, les durs, peuvent, sans déformation permanente appréciable, prendre un allongement plus considérable que les doux; ils sont plus élastiques. En un mot, le module d’élasticité, E, est constant pour tous les aciers; l’allongement élastique maximum varie seul. 11 est proportionnel à la charge correspondant à la limite d’élastir:‘è et est égal à 0,0044b par kilogramme.

Le tableau ci-dessous donne les valeurs de la limite d’élasticité et de l’allongement élastique maximum et représente la moyenne des chiffres trouvés pour les aciers de Suède et de Reschitza, chiffres très concordants, les différences observées ne portant que sur les millièmes de millimètre et rarement sur les centièmes.

TENEUR en carbone.