FERS. - FONTES. - ACIERS

FEJiS. — Le fer en s’unissant au carbone, au silicium, au manganèse, au chrome, au tungstène, etc..., qui se trouvent dans les minerais, ou qu’on introduit de propos délibéré et en quantité différente suivant les cas, donne des sübstances, fers, fontes, aciers, dont il est assez malaisé de donner une définition. Tout ce qu’on peut en dire aujourd’hui, que les progrès de la sidérurgie ont multiplié à l’infini les variétés de ces trois sortes principales, c’est que les aciers sont des produits intermédiaires entre les fers et les fontes.

Les fers industriels ne renferment que du carbone et en quantité très faible, soit moins de 0,15 p. 100 environ. Les fontes renferment jusqu’à 8 et 10 p. 100 de corps étrangers. Si on ne considère que le carbone, on dira que les fers en renferment moins de 0,15 p. 100, les fontes plus de 1,5, et que les aciers sont des produits pour lesquels la teneur varie entre ces deux limites.

FONTES. — Une fonte peut contenir jusqu’à 7 p. 100 de carbone, mais pour une proportion déterminée de ce corps ses qualités et son aspect peuvent varier entre des limites très étendues, suivant le mode de refroidissement adopté.

S’il s’effectue avec lenteur, une partie du carbone se précipite à l’état de graphite en donnant à la cassure du métal une couleur qui varie du gris au noir : on obtient alors une fonte grise. On conçoit que le carbone se précipite d’autant plus facilement qu’il est en quantité plus considérable.

Si le refroidissement est rapide au contraire, ou si la teneur en carbone, est voisine de la limite inférieure, on obtient un métal à cassure blanche, c’est la fonte blanche,

ACIEBS. — Il est très difficile, nous l’avons dit, de définir un acier : la propriété qu’il possède de prendre la trempe n’est pas un critérium assuré, car ceux qui possèdent une composilion voisine de la limite inférieure la prennent très peu. En réalité, comme on devait s’y attendre, entre les fers les plus carburés et les aciers les plus durs il y a continuité, et celle-ci a causé, pendant longtemps, d’inextricables embarras au point de vue de la nomenclature, telle

ENOYCLOP. CHIM. ^

usine dénommant fer un produit que telle autre qualifiait acier. Une entente était indispensable, elle s’est produite à l’occasion de l’exposition de Philadelphie, en 1876, dans un congrès d’ingénieurs qui a décidé qu’on appellerait désormais :

t» Fer soudé, tout métal malléable obtenu par un procédé quelconque, 'indiquant pas la fusion et qui ne durcit pas sensiblement par la trempe.

i° Acier soudé, tout composé analogue qui, pour une raison quelconque, durcit sous l’action de la trempe;

3" Fer fondu, tout métal malléable qui aura été obtenu et coulé à l’état fondu, mais qui ne durcit pas sensiblement dans l’action de la trempe;

4° Acier fondu, tout composé pareil qui, pour une cause quelconque, durcit sous l’action de la trempe.

Les aciers se trouvant ainsi définis, M. Deshayes a proposé de les diviser en six groupes, fondés sur la résistance que présente le métal à la rupture, division importante pour permettre à l’industriel de désigner l’acier qui lui est nécessaire pour un ouvrage déterminé. (Xous appellerons R la résistance a la rupture par millimètre carré de section).

1” Aciers extra-doux exceptionnels ou mieux fers fondus : pour lesquels R < 4S kilogrammes; ces aciers renferment moins de 0,3 de carbone et ils ne sont que carburés. S’ils renferment du manganèse, leur composition-type comporte 0,18 de carbone et 0,23 de manganèse.

2° Aciers très doux proprement dits : pour lesquels R est compris entre 40 et 30 kilogrammes; ils contiennent en moyenne 0,17 à 0,18 de carbone; 0,30 à 0,32 p. 100 de manganèse.

3° Aciers doux ordinaires : pour lesquels R est compris entre 50 et 60 kilogrammes ; ils contiennent de 0,50 à 0,70 de carbone si celui-ci est seul; s’il y a du manganèse, il peut atteindre 10 p. 100 avec 0,30 de carbone seulement.

i” Aciers durs ordinaires : R est compris entre 60 et 70 kilogrammes; ils correspondent à 0,64, 0,80 de carbone pour ceux qui sont exempts de manganèse, mais ils ne renferment que de 0,50 à 0,60 de carbone associé avec 0,50 p. 100 de manganèse.

O» Aciers très durs: où R est compris entre 70 et 80 kilogrammes; ces aciers renferment de 0,80 à 1,00 de carbone avec traces de manganèse, et, dans la plupart des cas, 0,70 à 0,80 seulement de carbone avec 0,30 de manganèse. Certains aciers de cette classe peuvent cependant contenir presque 1,3 p. 100 de manganèse, mais alors avec 0,50 seulement de carbone.

6° Aciers très durs exceptionnels : ici R est compris entre 80 et 90 kilogrammes; ces aciers renferment au moins 1,00 de carbone seul, et 0,50 au moins de carbone avec de 0,50 à 2,00 de manganèse.

Influence «lu carbone. — D’une manière générale on peut dire que la résistance et la propriété de prendre la trempe augmentent avec la teneur en carbone dés aciers, tandis que leur ductilité diminue. 11 faut remarquer ce fait important, que le module d’élasticité est constant pour tous; c’est-à-dire que tous les aciers prennent, sous une charge donnée, un même allongernent toutes les fois que la limite d’élasticité n’est pas dépassée; ce module est d’environ 0,0044 par kilogramme quelle que soit la valeur de la traction, la dureté et la

qualité de l’acier. Les aciers sont d’ailleurs d'autant plus fusibles a&^lls reiQ-. ferment une plus grande proportion de carbone; ils commencent à Vè^^uHcr quand la teneur est devenue inférieure à l,2o p. 100; un acier ordinairsi|^ilj3 se soude bien.

États et rôle clii cai*l*oiie dans les aciers. — On admet que le carbone se trouve dans la fonte et dans l’acier sous trois état; :

Carbone de recuit. — 1“ Une variété A qui domine dans les aciers refroidis lentement, ou recuits, et qu’on peut appeler Carbone de recuit ; il est à l’état de carbure de fer que l’on peut isoler, par exemple en attaquant l’acier par de l'acide sulfurique au 1/10' dans une atmosphère non oxydante; on obtient un résidu dans lequel se trouve un carbure répondant à peu près à la formule Fe’C ; ce carbure, qui résiste aux acides étendus, est attaquable par les acides concentrés qui le transforment en composés carburés solubles; il peut se trouver réparti dans la masse à un état de division plus ou moins avancé, amorphe ou cristallisé selon les conditions du refroidissement.

Carbone de trempe. — 2“ Une variété R qui caractérise les aciers trempés et qu’on peut appeler Carbone de trempe; il paraît simplement dissous dans le fer et non combiné, et se sépare à l’état libre quand on attaque par l’acide chlorhydrique étendu un barreau d’acier relié au pôle positif d’une pile de Bunsen (’Weyl); un barreau d’acier lentement refroidi laisse un résidu de paillettes grises magnétiques répondant à peu près à la formule Fe’C; le même acier trempé laisse un résidu bien moins riche en fer où l’on trouve avec des paillettes de carbure une matière noirâtre gélatineuse formée de carbone extrêmement divisé ou d’un hydrate de carbone; le carbone de trempe est attaquable par les acidc.s faibles qui le changent en composés gazeux. Ainsi la trempe a pour effet de conserver le carbone à l’état B, qui est probablement celui dans lequel il se trouve dans l’acier fondu , tandis que le refroidissement lent lui permet de prendre l’état A.

Graphite. — 3“ Une variété C qui ne se rencontre que dans les métaux très carburés, surtout dans la fonte; c’est du graphite, peut-être simplement la variété B qui, lorsque le carbone est en excès, peut cristalliser par refroidissement lent au lieu de passer entièrement à l’état A.

Nous voyons donc que le carbone libre dissous ou disséminé à un état de division extrême dans le fer peut être attaqué par les acides faibles et même plus facilement que le carbure; l’expérience prouve d’ailleurs que l’écrouissage du métal est sans effet sur l’état du carbone qu'il renferme (1).

En résumé, ce qui précède nous montre qu'au point de vue de la nature des éléments, il ne saurait y avoir de distinction entre les fers, les fontes et les aciers ; aussi l’analyse de ces différentes substances s’effectue-t-elle de la même

(1) les notions qui précèdent sent extraites des Leçons sur les métaux, de M. A. Dille. — 1 ; lis. Dunod.lS: I. .

manière. Les principales substances à doser sont le carbone, le silicium, le phosphore, le soufre, l’arsenic, le manganèse, le chrome, le tungstène enfin, mais plus rarement le cuivre et le vanadium. Le phosphore et le soufre se rencontrent maintenant parfois dans les fontes, les procédés de déphosphoration des minerais phosphatés étant suffisamment perfectionnés pour permettre l’emploi industriel de ces minerais.

A côté des corps solides, nous avons enfin à rechercher les gaz et particulièrement l’azote et l’hydrogène que les fontes peuvent renfermer; on sait, depuis les recherches de MM. Troost et Hautefeuille, comment varie la quantité de ces éléments avec la composition des fontes, et notamment avec la proportion de manganèse qu’elles contiennent.

Prise fPécliaiitîllon. — La manière dont on prélève l’échantillon est importante et l’opération parfois difficile. Une fonte grise se laisse, en général, assez facilement attaquer à la lime, qui permet d’en détacher assez rapidement une quantité suffisante. Il faut toutefois se souvenir que le refroidissement ne se produisant pas dans une masse de métal en tous les points en même temps, la composition n’est pas la même à la surface et au centre d’une gueuse de fonte, en sorte qu’il faut, autant que possible, attaquer à la lime non pas la surface seulement, mais une section de la masse à échantillonner. La même remarque s’applique si l’on a affaire à des substances dures comme sont les fontes blanches, mais dans ce cas il faut renoncer à employer la lime; on détache au burin des éclats de métal en différentes parties de la section, et on les pulvérise dans un mortier d’acier poli, au moyen d’un pilon de môme nature.