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Aciers bruis de forge 'Fie. 107. — Essais à la dureté sur les aciers au manganèse.

Sârîi*. 1 \ Série 2

dureté élevée, ceux renfermant plus de 7 0/0 de ce métal donnent un chiffre de Brinell assez faible (fig. 107).

Influence des traitements. — L'influence des traitements est sensiblement la même que pour les aciers au nickel.

Aussi donnerons-nous de rapides conclusions.

Trempe. — La trempe a sur les aciers perlitiques même action que sur les aciers au carbone.

Les aciers martensitiques ne sont pas transformés par la trempe; il faut toutefois noter que, parmi eux, les aciers les plus riches en manganèes ont une tendance à la structure polyédrique. Ils sont donc légèrement adoucis; la charge de rupture est un peu abaissée.

Quant aux aciers à troostite, ils deviennent martensitiques et sont par là même durcis par une trempe a température d'au moins 800°.

Les aciers du troisième groupe ne sont pas généralement atteints par trempe; ils subissent seulement un léger adoucissement. Toutefois les tout premiers aciers de cet-é série deviennent légèrement martensitiques par trempe comme les aciers au nickel.

Recuit. — Le recuit n'a aucune influence sur les aciers perlitiques; il en a fort peu sur les aciers du deuxième groupe : il crée simplement une tendance à la structure polyédrique.

Pour les aciers du dernier groupe, il faut distinguer : si l'acier est sur la limite du second et du troisième groupe, il pourra être atteint par le recuit et donner de la martensite. Si Ton considère des aciers plus riches en manganèse, le recuit a seulement pour effet d'accentuer les polyèdres et lès plans de clivage.

Écrouissage. — Certains aciers au manganèse se trouvant à la séparation du deuxième et du troisième groupe subissent des transformations par écrouissage ; il se produit de la martensite d'autant plus abondante que l'écrouissage est plus prononcé.

Refroidissement. — Le refroidissement agit sur les mêmes aciers en produisant le même effet.

Cémentation. — La cémentation des aciers renfermant moins de 2 0/0 de manganèse donne sensiblement les mômes! résultats que la cémentation de l'acier au carbone. Mais les bords s'effritent plus aisément sous l'influence des chocs.

Si Ton cémente un acier renfermant 5 à 6 0/0 de manganèse, le centre est toujours martensitique avec parfois une tendance à la structure polyédrique; plus on approche du bord, plus la martensite devient accentuée ; bientôt on trouve une zone de troostite.

Les aciers au manganèse ne sont donc pas intéressants pour la cémentation non suivie de trempe.

Des aciers martensitiques riches en manganèse restent bien martensitiques au centre, mais ils deviennent polyédriques sur lesbords et montrent, ayant cette couche, de la troostite.

Quant aux aciers polyédriques, ils subissent les transformations que nous avons déjà indiquées pour les aciers similaires au nickel.

Utilisations. — Comme nous le disions au commencement de ce chapitre, la seule application actuelle des aciers au manganèse se trouve dans les moulages obtenus avec l'acier de M. Hadfield.

Est-ce là la seule application possible des aciers au manganèse ?

Nous ne le pensons pas. Ils peuvent, jusqu'à un certain point, se substituer aux aciers au nickel, et cela d autant pkis facilement qu'à qualités mécaniques égales ils coûtent beaucoup moins cher.

Il faut, en effet, beaucoup moins de manganèse que de nickel, pour produire le même effet, environ 2,2 fois moins. De plus, nous l'avons dit et nous avons même insisté sur ce point, le manganèse métallique (préparé par aluminothermie et, par conséquent, ne contenant pas de carbone) ne coûte que 3 francs le kilogramme, tandis que le nickel coûte environ 4 francs. 11 est vrai que les pertes en manganèse pendant la fabrication sont importantes.

Enfin, il ne semble pas, apriori, qu'il existe quelques difficultés à faire de la fabrication en grandes masses d'aciers au manganèse, à condition de prendre des précautions. Les aciers perlitiques peuvent être employés aux lieu et place des aciers de cette même catégorie au nickel ; s'ils ne sont pas plus employés, cela est dû, nous le répétons, à l'idée fausse de la fragilité amenée par le manganèse et aussi à ce que, jusqu'à ces derniers temps, il ne fallait pas songer à préparer des aciers au manganèse à basse teneur en carbone, tandis que, maintenant, grâce au four électrique et à l'aluminothermie, ce problème est entièrement et économiquement résolu.

Cependant il est un point que nous tenons à signaler, c'est

que les aciers au manganèse deviennent plus rapidement fragiles par recuit que les aciers au nickel et même que les aciers au carbone. De ce fait, il ne. faudrait pas songer à employer les aciers au manganèse comme aciers de cémentation.

De plus, les aciers au manganèse de la seconde classe présentent, lorsqu'ils sont assez riches en carbone, de la trooslite. Ce composé, possédant une dureté minéralogique bien inférieure à celle de la martensite, les aciers au manganèse perlitiques ne sauraient être utilisés pour obtenir des pièces à périphérie très dure par simple cémentation non suivie de trempe. Quant aux aciers de la deuxième classe (martensite et troostite), ils ne peuvent être utilisés dans la construction, lis sont extrêmement fragiles.

Enfin nous ne voyons pas pourquoi les aciers au manganèse à fer y ne se substitueraient pas aux aciers de la même classe au nickel. Ils sont peut-être un peu plus difficiles à travailler; mais la différence de prix compense bien ce léger inconvénient.

En résumé, on peut déclarer que les aciers au manganèse n'ont pas été encore assez étudiés au point de vue industriel.

L'acier de M. Hadfield est utilisé plus spécialement pour des pièces qui doivent subir des chocs importants, telles que les pointes d'aiguilles de chemins de fer, les broyeurs, etc., et pour les coffres-forts.

Il renferme :

Mn 1-2 à 15 0/0

11 donne, trempé à l'eau à 900° :

Il 05

(résultats donnés par les usines du Creusot qui sont concessionnaires du brevet pour la France).

ACIEHS AU CHROME

Etude théorique. — Courbes de refroidissement. — Les résultats connus sur les points de transformation des aciers au chrome sont relativement peu précis, puisqu'ils ont été déterminés sur des aciers très carbures.

D'après les recherches de M. Osmond, le point de transformation magnétique semble rester à peu près invariable.

Quant au point Aj, il paraît au contraire se relever. Mmo Curie, dans son étude des aciers trempés, a montré qu'un acier à 3,4 0/0 de chrome et 1,07 0/0 de carbone a ce point de transformation à 746° à réchauffement et à 727° au refroidissement (au lieu de 725 et 695 pour un acier au carbone ordinaire).

Mais le point le plus intéressant est le suivant :

M. Osmond a montré que la température à laquelle a été porté un acier au chrome a une influence considérable sur le point de transformation au refroidissement qui suit ce chauffage (Discussion qui a suivi le Rapport sur les aciers au chrome, de M. Hadfield, Iron and Steel Institute, 1892, H) ; plus la température de chauffage est élevée, plus le point de transformation au refroidissement qui suit est bas; le chrome parait s'opposer à la dissolution comme à la ségrégation de la cémentite. Le tableau suivant donne, d'ailleurs, les résultats pour un des aciers observés par M. Osmond :

Température de chauffage maximum

Transformation au refroidissement

Métallographie (PI. XV à XVII). — Les aciers au chrome ont été étudiés par M. Osmond au point de vue micrographique. Nous donnerons les principaux résultats obtenus par ce savant, tout en résumant nos recherches.

Cans l'étude des aciers renfermant environ 0,200 0/0 de

carbone, on trouve tout d'abord des aciers perlitiques qui contiennent de 0 à 70/0 de chrome; dans ces aciers, il y a un fait particulièrement intéressant à noter et qui a été mis tout spécialement en vue par M. Osmond, c'est que les grains de ferrite deviennent de plus en plus petits au fur et à mesure que le pourcentage de chrome augmente (Phot. 57 et 58, PI. XV).

À partir de 7 0/0 de chrome, les aciers sont martensitiques ; cette martensite apparaît sous Faction de l'acide picrique ; il en est ainsi jusqu'à 14,5 0/0 de chrome (Phot. 59, PI. XV).

A ce pourcentage, l'acide picrique ne fait apparaître que des polyèdres assez mal définis entourés de points blancs extrêmement brillants. Si on fait une attaque à l'acide chlorhydrique ou au bisulfate de potassium, on voit apparaître, dans l'intérieur des polyèdres, de la martensite extrêmement fine. Ce point a son importance; il prouve, en effet, que la martensite qui contient une quantité assez élevée de chrome en solution est de nature spéciale. Au-delà de ce pourcentage, on rencontre des polyèdres qui sont toujours entourés de grains blancs brillants, mais dans lesquels il est impossible de faire apparaître de la martensite. Petit à petit ces grains blancs envahissent la préparation et on obtient une image qui est comparable à celle d'un beau ciel étoile, comme la dit M. Osmond Phot. 01, PI. XVI).

Si Ton examine les aciers renfermant environ 0,800 0/0 de carbone, on trouve tout d'abord des aciers perlitiques jusqu'à 3 0/0 de chrome.

De 3 à 9 0/0 de chrome, les aciers présentent une troostite très compacte semblable à celle que l'on rencontre dans les aciers au manganèse (Phot. G0, PI. XV). L'acier à 9 0/0 de chrome attaqué à l'acide picrique nous a donné des polyèdres bordés de petits rognons noirs ; ce même acier attaqué à l'acide chlorhydrique ou au bisulfate de potassium nous a donné de la martensite dans l'intérieur des polyèdres.

A 14,5 0/0, on obtient toujours de la martensite dans les polyèdres; mais elle est très clairsemée. On aperçoit des grains blancs très brillants.

A 18,6 0/0, on ne voit plus du tout de martensite, les grains blancs sont plus nombreux, et cela continue tant que le pourcentage de chrome augmente (Phot. 01 et 02, PI. XVI).

Qu'est-ce donc que ces grains blancs que l'on trouve dans une classe déterminée d'aciers au chrome?

Par cémentation on peut faire naître ce constituant spécial dans un acier perlitique ou martensitique.

C'est donc un carbure.

Au point de vue micrographique, ce constituant présente dillïrents caractères qui le rapprochent de la cémentite; c'est ainsi qu'il est coloré en noir par le picrate de soude en solution sodique.

En résumé, la micrographie nous conduit, pour les aciers au chrome, aux subdivisions suivantes :

CLASSES

MICROSTRUCTURES

ACIERS a 0,200 C

ACIERS a 0,800 C

Perlite

De 0 à 7 0/0 Cr

De 7 à 15 0/0 Cr

De 15 à 20 0/0 Cr Teneur en Cr> 20 0/0

De 0 à 3 0/0 Cr

De 3 à 10 0/0 Cr

De 10 à 18 0/0 Ci- Teneur en Cr > 1 8 0/0

Martensite ou troostite

Constituant spécial et martensite

Constituant spécial

Nous avons insisté sur la troisième classe formée parle constituant spécial et la martensite, laquelle pourrait être regardée comme un terme de passage; mais nous verrons qu'elle aune certaine importance pour le diagramme que nous indiquons plus loin, et pour la classification d'après les propriétés mécaniques.

Nous ne pouvons qu'esquisser le diagramme des aciers au chrome; bien que nos observations soient déjà très nombreuses, un point reste en suspens.

Cependant, ce diagramme doit se rapprocher beaucoup de la figure 108. On y distingue, en dehors des zones de passage quatre espaces bien distincts :

1° La zone perlitique;

2° La zone martensitique;

3" La zone à niartensite et à carbure double;

V Lu zone à carbure double.

La troisième zone peut être considérée comme zone de passage; c'est la seule qui, dansla figure donnée, est définie d'une façon un peu approximative; la droite CD n'est pas suffisamment prévisée par nos recherches.

A chaque zone ( correspondent des , aciers ayant des pro- i priétés mécaniques ' bien définies. '

Cette étude nous montre qu'on ne peut pas envisager l'utilisation des aciers au chrome pour obtenir des pièces d'une grande dureté superficielle par simple cémentation. En effet les , aciers de la deu- Fl(i. )08. - Diagramme des aciers au chroma.

xième classe contiennent de la trooslite lorsqu'ils sont à haute teneur en carbone .

En résumé, le chrome agit d'abord comme le nickel et le manganèse, puis forme un carbure double.

Étude industrielle. — Fabrication. — Les aciers au chrome se préparent soit au four Martin, soit au creuset.

La matière première est ordinairement du ferro-chrome.

Le chrome métallique est peu utilisé, car la dose de chrome est généralement faible et par là même la teneur en carbone de la matière première intervient peu.

Propriétés méganiques. — Les diagrammes que nous donnons (ftg. 109 à 112) reproduisent les propriétés mécaniques des aciers au chrome. On voit que nous retrouvons bien les divisions indiquées par la micrographie.

En résumé, les aciers perlitiques (première classe) ont des propriétés analogues aux aciers au carbone; cependant leur charge de rupture est d'autant plus élevée que le pourcentage en chrome est plus élevé; ils sont un peu plus fragiles que les aciers ordinaires à même teneur en carbone; leur dureté croît avec le chrome.

Les aciers martensitiques (deuxième classe) possèdent de très hautes charges de rupture, de très hautes limites élastiques, de faibles allongements et de faibles strictions.

Ces aciers ne sont pas très fragiles, lorsque leur teneur en carbone n'est pas très élevée; ils possèdent une dureté très forte qui ne dépend sensiblement que de la teneur en chrome et non de la teneur en carbone.

Les aciers qui renferment en même temps de la martensite et le carbure double (troisième classe) possèdent des charges de rupture et des limites élastiques très élevées; ils sont très fragiles.

Enfin les aciers à carbure double (quatrième classe) ont une charge de rupture et des limites élastiques plutôt basses; ils possèdent de belles strictions et des allongements moyens; ils ont une faible dureté. Sous ce rapport, ils se rapprochent des aciers au nickel ou au manganèse à fer 7 ; mais ils sont très fragiles.

11 est bien à penser que cette très faible résistance au choc provient de la présence du carbure double.

Nous attirons particulièrement l'attention sur ce fait important, à savoir : que ces aciers ont des allongements assez élevés et de belles strictions, quoique leur fragilité soit très grande. Ceciprouve, encore une fois, la nécessité des essais auchoc.

Influence des traitements. — Trempe. ^- Dans la trempe, les aciers au chrome perlitiques subissent les mêmes transformations que les aciers au carbone, mais avec plus d'acuité.

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Les aciers au chrome martensitiques sont légèrement adoucis parla trempe, et cet adoucissement est d'autant plus net qu'ils renferment moins de carbone; il y a une tendance à la formation de fer v. Les aciers à troostite donnent de la martensite.

Les aciers au chrome renfermant le carbure double sont légèrement adoucis par une trempe à 850°, sans avoir subi dans leur constitution aucun changement visible au microscope; mais une trempe de 1.200° dissocie ou dissout le carbure double en partie ou en totalité, suivant lu vitesse de refroidissement et la quantité initiale de ce produit; il semble, déplus, se produire du fer Y (Phot. 63 et 64, PI. XVI).

Recuit. — Les aciers perlitiques ne subissent aucune transformation particulière.

Les aciers martensitiques ont leur structure accentuée par le recuit; dans certains de ces aciers, on voit apparaître de la troostite.

Les aciers à carbure double sont peu modifiés; les grains blancs de carbure double augmentent cependant. Lorsque le recuit est assez prolongé, dans les aciers à carbure, on remarque que les grains de ce constituant viennent se ranger et former les bords de polyèdres remplis d'un eutectique (Phot. 60, PI. XVII).

D'autre part, dans un acier à 40,2 0/0 de chrome très carburé, un recuit à 1.200° pendant quatre heures donne la texture très nette d'un eutectique.

Dans tous les cas, les aciers au chrome sont légèrement adoucis par un recuit à 900° de faible durée.

Cémentation. — Il n'y a rien de particulier à noter sur les aciers au chrome cémentés; leur structure se déduit de celle des aciers normaux (Phot. 67 et 68, PI. XVII).

Utilisations. — Les aciers au chrome ne sont guère employés dans la construction. Leur principal débouché s'est trouvé dans la confection des obus de rupture qui renferment 0,800 de carbone et 2 0/0 de chrome et dans la fabrication des plaques paraballes.

Seuls les aciers perlitiques pourraient trouver quelques autres

applications; mais, toutes choses égales d'ailleurs, leur prix est plus élevé, et ils sont plus difficiles à travailler. Ils sont justement utilisés comme aciers à outils.

Les aciers martensitiques sont trop fragiles et trop durs pour être employés.

Les aciers à carbure double n'offrent aucun intérêt; leur prix est extrêmement élevé; ils sont fragiles et ne possèdent aucune dureté.

En résumé, le chrome seul n'apporte pas aux aciers des propriétés qui soient particulièrement intéressantes, si ce n'est une grande dureté, qui en indique l'usage pour certains outils et quelques fabrications spéciales.

Mais il faut bien noter qu'à ce point de vue le chrome ne peut être remplacé par aucun autre métal, si ce n'est, jusqu'à un certain point, par le vanadium, comme nous le verrons plus loin .

Les types les plus employés d'aciers au chrome pour outils, surtout pour limes, correspondent aux compositions suivantes :

Acier dur C = 0,500 à 0,750 — Cr = 2

Acier très dur C = 1 à 1,250 Cr = 2,5

Acier extra-dur C = 1,500 à 1,700 Cr = 2,75 à 3

Quelques usines ont essayé les aciers au chrome dans la fabrication des ressorts, et certains de ces alliages ont été utilisés comme plaques de blindages, notamment des aciers renfermant

Cr 0,700 à 2

Ils ont été complètement abandonnés dans cette dernière application pour les aciers au chrome-nickel, dont nous parlons plus loin.

Les aciéries J. Holtzer ont donné les renseignements suivants sur deux sortes d'aciers au chrome qu'ils fabriquent.

Acier N recuit :

Acier NI) recuit :

Enfin les aciers renfermant

Cr 1,5 à 2

sont utilisés pour les billes et les cuvettes de roulement.

ACIERS AU TUNGSTÈNE

Étude théorique. — Courbe de fusibilité. — M. Otto Bohler a montré que le point de fusion s'abaisse quand la teneur en tungstène augmente, et il y a proportionnalité entre les deux variations comme pour le carbone ; mais le tungstène a une influence bien moindre: 183 grammes de tungstène équivalent à 12 grammes de carbone ; rabaissement du point de fusion est inversement proportionnel au poids moléculaire, suivant la loi de Raoult.

Courbes de refroidissement. — D'après les déterminations faites, il semble que le tungstène tende à relever les points de transformation du carbone. * -

A3 paraît se rapprocher de la valeur qu'il a pour le fer et tend ensuite à disparaître.

De plus, la position des points critiques varie énormément avec le cycle des températures antérieures et de la vitesse de refroidissement, comme pour les aciers au chrome.

M. Osmondcite l'exemple d'un acier dont la composition est la suivante :

Si 0,05

Ph 0,02

Mn 0,28

Lorsqu'il est refroidi à partir de 920°, cet acier donne deux points critiques, l'un vers 690°, l'autre vers 650°.

Lorsqu'il a été chauffé à 1.015°, le premier point est à peu près le même (670°); mais le second s'abaisse à 625° environ. Lorsqu'on le porte à 1.210°, le premier point critique n'est presque plus sensible ; le second reste très accentué et s'abaisse à 500°. Le point critique inférieur paraît bien correspondre au point de recalescence des aciers au carbone.

D'autre part, M. Otto Bôhler, utilisant la méthode de Roberls- Austen, a montré qu'un acier contenant 0,850 0/0 de carbone et 7,78 0/0de tungstène présente deux points critiques (710et550°); le premier est visible seulement si le métal n'a pas été chauffé au-dessus de 1.100° environ. Le second n'apparaît que si la température a dépassé 1 .000°. Entre ces deux températures, on voit les deux points.

De plus, la prolongation du chauffage à une température donnée équivaut, au point de vue de la position et de la forme des points critiques, à un chauffage plus court à une température supérieure.

Métallographie (Album, PL XVIII). — Nous résumerons les recherches que nous avons faites sur ce sujet : la micrographie des aciers au tungstène normaux est particulièrement simple.

Si Ton considère les aciers a 0,200 0/0 de carbone, de 0 à 10 0/0 de tungstène, ils ont même constitution que les aciers au carbone ; mais la perlite est plus déliée que dans ceux-ci ; même à un faible grossissement, on aperçoit les lamelles alternantes de ferrite et de cémentite (Phot. 69, PL XVII).

A 10 0/0 de tungstène on voit des lamelles ou points extrêmement fins, qui apparaissent en blanc à l'acide picrique.

C'est ce constituant que l'on rencontre dans tous les aciers contenant jusqu'à 40 0/0 de tungstène (Phot. 70, PL XVIII).

Pour les aciers à environ 0,800 0/0 de carbone, de 0 à 5 0/0 de tungstène, on. trouve de la perlite.

Dès 5 0/0, on voit apparaître le constituant spécial : tantôt il est en points extrêmement petits, généralement en filaments déliés; parfois même quelques grains . ont échappé au traitement mécanique et ont gardé une forme cristalline très nette (Phot. 71, PL XVIII).

L'acier à 39,9 0/0 de tungstène n'a pu être forgé ; il présente des particularités micrographiques très intéressantes; [es cristaux du constituant spécial ont pu se former lentement et se développer pendant le refroidissement, et, comme ils n'ont pu être brisés par le traitement mécanique, ils onl gardé une netteté 1res grande (Phol. 72, PI. XVIII).

En résumé, la micrographie des aciers au tungstène conduit à la subdivision suivante :

CLASSKS

JHCROSTRL'CTCRKS

ACIERS A 0,300