ET D’AUTRES MÉTAUX

SECTION PREMIÈR

INTRODUCTION-

1. La sûreté qu’offre la fonte (i), quand elle est convenablement employée, pour porter des poids considérables , des mouvemens de machines , eS pour résister à de fortes pressions , eu a, dans ces derniers temps, considérablement étendu l’usage, etil est probable qu’elle finira par remplacer entièrement le bois dans beaucoup de travaux importans. Les améliorations qui ont été le résultat de

(i) Le nom «le fonte étant généralement employé pour désigner le fer fondu, soit en gueuse et en saumons, soit coulé et monté , on l’jj adopté dans cette traduction , quoique moins exact que celui du fer coulé.

( Note du traducteur. )

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cet emploi sont si grandes, en effet, que l’époque où il est devenu général a été considérée avec raison comme formant une ère nouvelle dans l’histoire des machines (i). « Tous les autres perfeclionnemens , a-t-ou dit, ont été limités , bornés à des machines particulières ; mais celui-ci ayant augmenté la force et la durée de toute espèce de machine , l’amélioration a été générale (2)».

La fonte est une matière précieuse, parce qu’elle n’a pas à craindre le feu , qu’elle n’est pas sujette à dépérir subitement , ou à être détruite en peu de temps par l’usage , et qu’on peut facilement lui donner , en la moulant , la forme qui lui conserve sa plus grande force , ou celle qui ' convient le mieux à l’objet qu’on se propose.

Les conséquences funestes qui peuvent résulter de l’emploi du bois pour supporter des constructions pesantes , soit par suite d’incendie , soit à raison de dépérissement, ont été souvent prévues; mais il est arrivé quelquefois que des constructions dans lesquelles on avait employé le fer pour être plus en sûreté contre le feu , ont manqué

( 1 ) Essays on Mtll Work, etc., Iiy Robertson Buchanan; Essay II , p. ?54-

(a) Détails de quelques expériences sur la fonte. Doctor Thomson'» Aimais ofPhilosophy , vol. XIII, p. aoo.

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par défaut de force. Ces accidens n’ont point été occasionnés par quelque défectuosité dans le métal même ; mais il arrive trop souvent que les travaux de cette nature sont conduits par des hommes de peu d’expérience, et qui ont encore moins de théorie. Les personnes sans expérience s’imaginent qu’une grosse pièce de fer a une force presque infinie , et souvent aussi elles ont des idées très incorrectes sur la pression. Elles veulent plaire à l’œil sans égard pour la bonté , la force ou la durée; au lieu d’orner un support» elles font du support même un ornement , et sabri- . fient tout à la légèreté du coup d’œil. Les dimensions des parties les plus importantes des bâtimens ne sont que trop fréquemment fixées par aperçu ou au hasard; et la même personne qui calculera à un denier près ce que coûteront les matériaux , cherchera rarement, si jamais elle le cherche, à évaluer leur puissance , ou les forces auxquelles ils auront à résister.

La manière dont la résistance des matériaux a été traitée par la plupart de ceux de nos écrivains qui se sont occupés des arts mécaniques , a au^si contribué jusqu’à un certain point à égarer cetiS des praticiens qui auraient voulu travailler sur des bases plus sûres. Elle a donné lieu à cette remarque satyrique que « là salubrité d’un bâti-

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ment est en raison inverse de la science de l'architecte qui l’a construit (i) ».

Si l’on considère qu’il est absolument nécessaire que les parties d’un bâtiment ou d’une machine puissent conserver une certaine forme, une certaine position, et qu’elles doivent en même temps éprouver une certaine pression , il doit paraître évident qu’il y a quelque chose de plus à calculer que la simple résistance à la fracture. Dans les cas où les pièces sont courtes et volumineuses, on peut se contenter d’employer les règles relatives à la résistance contre la fracture, et donner à ces pièces assez de force pour pouvoir porter le quadruple de leur charge ; mais ces cas se présentent rarement, et lorsque de longues pièces reçoivent une charge équivalente au quart de leur force , on doit s’attendre à beaucoup d’inflexions, de vibrations et d’instabilité.

Si une matière quelconque reçoit une charge qui .dépasse un certain poids, elle perd le pouvoir de reprendre sa forme naturelle lorsqu’on a retiré la charge; l’arrangement de ses parties constituantes éprouve une altération durable; et si elle supporte le même poids pendant un temps consi-

(i) Encycl. Méth., Dict. Architecture, art. équilibre.

IMTRODÜCTIOW. 5

dérable , l’inflexion augmentera, et sera d’autant plus forte que la proportion entre la charge et la force d’élasticité de la matière sera plus grande (i).

J’ai fait sur cette partie de la résistance des matériaux, un grand nombre d’expériences, tant sur divers métaux que sur les bois ; j’ai trouve qu’aussi long - temps que la force élastique , ou la puissance du rétablissement , reste entière , l’alongement est toujours en raison directe de la force qui le produit , et que l’inflexion n’aug-

(i) Ce fait important paraît avoir été observé par Coulomb , lorsqu’il s’occupait de ses expériences sur la torsion. Mais, pour un grand nombre de substances, il semble que cette propriété de la matière se présente naturellement à notre idée. Un fil d’archal que l’on courbe retient sa courbure , et on peut le casser plus facilement en le courbant plusieurs fois qu’on ne le ferait en une seule; dans le fait, c’est ordinairement en le courbant et en le redressant plusieurs fois que nous cherchons à rompre un corps flexible, et sa force n’est supérieure à l’effort que nous faisons pour le rompre que quand cet effort ne suffit pas pour lui faire prendre une courbure permanente chaque fois que nous le répétons.Unealtération permanente est une sorte de fracture partielle, et c’est par conséquent la véritable limite de la force. Le doct. Young a indiqué avec la grande sagadité qui lui est ordinaire , la grande importance de cette limite dans l’application des découvertes de la science aux arts utiles.

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mente pas après que la force s’est exercée pendant une ou deux secondes ; mais quë quand l’effet de la charge surpasse la force élastique , l’extension ou l’inflexion devient irrégulière et augmente avec le temps. J’ai été conduit à cette recherche importante en m’occupant des proportions pour les canons , et de la méthode ordinaire poûr les éprouver. Il paraît, d’après mes expériences, qu’en tirant un certain nombre de coups avec la même quantité de poudre , on pourrait faire crever un canon quand la pression est plus grande que la force élastique de la matière , quoique l’effet du premier coup ne fût pas sensible. Les mêmes remarques sont applicables à la manière d’éprouver , par la pression hydraulique , la force des chaudières et des tuyaux des machines à vapeur. Si la pression dans ces épreuves est plus grande que celle .qui peut produire une altération durable , il en résulte un dommage irréparable.

Dans les parties des machines qui reçoivent le mouvement , la pression doit évidemment être plus faible que la force d’élasticité de la matière ; la seconde table indique quelle flèche peut prendre et quel poids peut supporter une pièce de dimensions données, sans perdre la force élas,tique.

Je pense que quiconque approfondira ce sujet,

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reconnaîtra que la mesure de la résistance d’un corps aux flèches, est la seule mesure convenable de sa résistance, quand elle doit être employée dans des circonstances qui demandent une forme parfaite ou une position invariable ; et qu’elle est aussi la mesure de la résistance à une altération permanente, quand on l’emploie dans les cas où les flèches sont sans danger et sans inconvénient.

Mon objet, en composant ce petit Traité, a été de fournir aux personnes qui s’occupent de ’ la pratique, des moyens commodes et tout préparés d’assigner les dimensions des barres de fonte , des colonnes , etc. , destinées à être soumises t • • à des pressions connues , ou à porter des mouvemens de machines. Je suis persuadé que son peu de volume et son utilité lui feront trouver place parmi les livres qu’on consulte ordinairement, et qui sont plus ou moins nécessaires aux architectes, aux ingénieurs et aux entrepreneurs de bâtimens. A6n de le rendre portatif, j’ai arrangé les tables de manière qu’elles renfermassent autant d’applications distinctes que la nature du sujet m’a semblé pouvoir en admettre.

Quelques observations sur C usage des tables. a. Le poids de* la pièce de fonte doit toujours

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être évalué et ajouté à la charge qu’elle doit porter ; ou bien (attendu que cette méthode exige qu’on évalue le poids avant que le volume soit déterminé) il faut trouver les dimensions de la pièce capable de supporter la charge au moyen d’une des tables , et augmenter la largeur dans la même proportion que le poids de la pièce augmente la charge. Si, par exemple, le poids de la pièce est la huitième partie de la charge, alors à la largeur que donne la table ajoutez un huitième de cette largeur, et ainsi de toute autre proportion. Cette méthode n’est pas tout-à-fait rigoureuse, mais elle est simple et d’une exactitude suffisante pour la pratique.

3. Les tables et les règles sont calculées pour la fonte douce , de couleur grise. Le métal de cette espèce cède aisément à la lime quand la croûte extérieure est enlevée ; il est légèrement malléable à froid. Le docteur C. Hutton a donné avec raison la préférence à cette sorte de fer , parce qu’il est moins sujet à être cassé par un choc que la fonte dure (i).

La fonte blanche est moins sujette que la grise à être détruite par la rouille ; elle est aussi moins

(0 Tracts, vol. I, p. 1 4* •

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soluble dans les acides. Il est donc avantageux de l’employer quand la dureté est nécessaire, et que sa fragilité est sans inconvénient ; mais il ne faut pas s’en servir pour les cas qui exigent de la force. Quand elle est coulée doucement , elle fait d’excellens supports pour recevoir les pivots $ elle est de très longue durée , n’ayant que fort peu de frottement.

La cassure récente de la fonte blanche a une

apparence blanche et rayonnée , indiquant une

structure cristalline. Cette fonte est très dure et ‘ *

très fragile.

* La cassure de la fonte grise est grenue , de couleur grise, avec un peu de brillant métallique : cette fonte est beaucoup plus douce et bien moins , fragile que la blanche.

Mais entre ces deux espèces il existe plusieurs variétés de fontes qui présentent des nuances diverses de leurs qualités j les meilleures sont celles qui se rapprochent davantage de la fonte grise.

La fonte grise sert pour l’artillerie , et on la désigne quelquefois sous le nom de métal à canon.

La meilleure manière et la plus certaine de s’assurer de la qualité d’une pièce de fonte , est d’en Lire l’épreuve sur un bord avec un marteau. Si le coup de marteau fait une légère im-

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pression qui indique un certain degré de malléabilité, le fer est de bonne qualité, pourvu qu’il soit uniforme ; s’il se détache des fragmens , et que le marteau n’ait pas laissé d’impression sensible , le fer sera dur et cassant.

On doit avoir la plus grande attention à rendre uniforme la qualité du fer de chaque coulée, attendu que, dans un fer de différentes qualités, le retrait est différent ; ce qui occasionne une tension inégale dans les parties du métal , diminue sa force , et le rend sujet à manquer tout d’un coup et au moment où l’on ne s’y attend pas. Quand les parties ne sont pas uniformes , la surface de la fonte est ordinairement inégale lorsqu’elle devrait être unie. Cette inégalité , ces élévations , ces vides irréguliers à la surface de la fonte, sont occasionnés par le retrait inégal des différentes qualités du fer. Je dois à un fondeur très intelligent et très versé dans son art, la connaissance de cette indication d’une fonte imparfaite.

Maintenant, si l’on veut obtenir du fer d’une qualité particulière par le mélange de différentes espèces , il doit être difficile que ce mélange soit assez complet pour rendre le produit parfaitement uniforme ; ceci nous découvre une des causes qui font que la rccuisson ajoute à la

Digiti;

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qualité du fer. En effet, en passant lentement à l’état solide , les parties ont plus de facilité pour s’ajuster de manière à égaliser, sinon à neutraliser, la tension produite par le retrait. Mais il est clair que la chaleur qu’exige cette opération , étant appliquée après que le métal a déjà acqvtis. sa solidité, doit être assez intense pour pouvoir, jusqu’à un degré très considérable, détruire la force de cohésion ; autrement l’amélioration serait peu sensible (i). Ces remarques s’appliquent au verre et aux différens métaux , aussi bien qu’à la fonte de fer.

On a fait l’observation que « le fer varie dans sa force, non-seulement lorsqu’il provient dè différens fourneaux , mais même lorsqu’il sort du même fourneau et de la même fonte; mais cela paraît tenir à quelque vice dans la manière dont l’opération a été faite, et en général le fer est beaucoup plus uniforme que le bois (2). » J’éprouve une vraie satisfaction en voyant ma

(1) Le D r Brewster a fait voir que la condition mécanique du verre non recuit ne saurait être altérée par la chaleur de l'eau bouillante. ( Edimb. Pbil. Jour., vol. II, P - 3 99 )

• (2) Banks on thc power of macliiucs, p. 73. Foy. aussi

p. 94 dir ttiétne ouvrage. . i * - y *• ’•

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propre expérience appuyée par , l’opinion d’un homme aussi avantageusement connu des gens de l’art que l’est M. Banks. Mais on sait très bien maintenant en Angleterre quels poids considérables de grandes masses de bonne fonte peuvent porter , lorsqu’on les emploie pour résister aux plus grands efforts, dans les diverses machines. La valeur de ce métal avait cté reconune par notre célèbre compatriote Smeaton , dès son début dans la pratique. Il y a déjà plus de quarante ans qu’il attaquait les préjugés contraires dans les termes suivans : « Si la longueur du temps qu’ont servi ces ustensiles ( de fonte ) n’est pas regardée comme suffisante , j’ajouterai que , dès l’année 1755 , c’est-à-dire , il y a vingt-sept ans, pour la première fois, je les ai employés comme objets tout-à-fait nouveaux. Le cri général fut alors : Si les bois les plus forts ne peuvent pas résister pendant très long-temps à l’action d’une grande puissance, que n’a-t-on pas à craindre de la fragilité de la fonte ? Il suffit de dire que non-seulement ces mêmes pièces de fbnte servent encore , mais que leur effet avantageux en a fait généralement adopter l’usage dans le nord de l’Angleterre , où elles ont été d’abord employées ; et je n’ai pas en-

INTRODUCTION. ■ * l3

tore entendu dire qu’une seule ait manqué (i). Ces remarques ont été écrites en 1 782 , et l’opinion favorable de Smeaton a été complètement justifiée par l’expérience des ingénieurs qui l’ont suivie; les grands travaux de tout genre exécutés par Wilson, Rennie, Boulton et Watt, Telford, etc., la confirment amplement (2).

Je dois cependant averlir que la fonte qui vient à manquer n’en donne d’avance aucun indice; c’est là son grand défaut quand on l’emploie à porter des poids ou des mouvcraens de machines; il faut donc avoir. soin de lui donner une force suffisante. Il est évident, d’après les

( 1 ) Reports, vol. I,p. 4i°et4 11 *

(2) Une des entreprises les plus hardies qu’on ait faites avec une nouvelle matière, a été l’application de la fonte à la construction des ponts. Feu Thomas Farnolls Pritchard, architecte, de Eyton Turret, dans le Shrogshire , paraît en avoir eu la première idée, et avoir suggéré à M. John Wilkinson, maître de forges à Brosely et à Castlehead , la possibilité de construire des arches de fer assez larges pour laisser le passage aux eaux de la Saverne , rivière très sujette à se déborder. M. Wilkinson ayant mûri cette idée , la mit enfin à exécution entre Madely et Brosley, où il construisit le célèbre pont de fer de Colebrook Dale , le premier de cette espèce en Angleterre; et vraisemblablement dans le monde entier. La conduite des

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remarques qui précèdent , que cette force dépend beaucoup de l’expérience et de l’habileté du fondeur.

4. Toute la matière- fondue à la fois, doit être retirée en portions qui aient autant que possible à peu près le même volume, afin qu’elles puissent toutes se refroidir au même degré.

11 faut avoir grand soin d’empêcher qu’il ne reste des bulles d’air dans la fonte ; plus elle mettra de temps à se refroidir et mieux elle vaudra , parce que le fer sera plus compacte que si son refroidissement avait été rapide. Un refroidissement lent remplit le même but que la recuisson.

En exécutant les moules pour la fonte, on doit leur donner un huitième de pouce de plus par pied , à cause du retrait que prend le mé-

travaux fat faite par M. Daniell Onions, qui changea quelque chose au plan de M. Pritchard ; et les dépenses forent payées par M. Darby et M. Revnold , propriétairesdes forges deColebrook Dale. M.'Pritchard est mort en 1777; il a laissé divers plans ingénieux pour faire voir comment on peut construire des arches de pierres ou de briques avec des cintres de fonte , de manière que ces cintres forment une partie permanente des arches. Ces plans sont aujourd’hui la propriété d’un de ses petits-fils , M. John Whïte , à qhi je sués redevable des détails contenus dans cette note.

INTRODUCTION. l5

tal en refroidissant. Certains moules demandent aussi à être légèrement élargis par le haut pour qu’on puisse les retirer du sable sans altérer la pièce moulée. Un sixième de pouce environ , sur six pouces , est une quantité suffisante pour cet

On a indiqué dans les notes, au, bas de chaque table, la manière d’appliquer ces tablesà d’autres matériaux , ce qui aura l’avantage de faire connaître la force relative de différens corps employés pour le même objet , et de déterminer les proportions de ces matériaux pour porter un poids donné.

TABLE

5 . Table de 1 ‘ épaisseur des pièces carrées en fonte de différentes Ion • poids , jusqu.’ à 1,120,000 liv., lorsque les pièces portent sur des apprendre de flèche de pluscTun quarantième de pouce par chaque pied

Observât ion. Lo poids de 1» charge doit comprendre cclni de la pièce mt ar sa longueur en pieds et par 3, a. Lcproduil sera égal au poids en livres, a

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par sa longueur en picns et par .a, a. l.c promu! sera égal au poirls en livres, avou pèsera 4+ 30 +* 3*.= 3<>3 livres avoir du poids.

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