ALLIAGES DE FER ET DE PHOSPHORE

Ces alliages ont été étudiés d'une façon très détaillée par M. Stead.

Les recherches de MM. Carnot et Goûtai ont permis aussi d'éclaircir le problème de leur constitution.

Des travaux de M. Stead il découle que :

1° Les produits renfermant moins de 1,70 0/0 de phosphore contiennent le phosphore h l'état de phosphure de fer Fe3P, qui se trouve dissous dans l'excès de fer.

La solution serait saturée à 1,70 0/0 de phosphore.

Le composé Fe3P a, d'ailleurs, été signalé par Léopold Schneider, Schrôtter, Hvoslef et Percy. Il a été isolé aussi par MM. Carnot et Goûtai. M. Stead a montré, en outre, que, pour tous les aciers renfermant moins de 1,70 0/0 de phosphore, la structure affecte la forme bien connue de grains polygonaux ; de plus, les conditions d'échauffement et de refroidissement étant les mêmes, la dimension des grains s'accroît avec la teneur en phosphore.

2° Les métaux renfermant plus de 1,70 0/0 de phosphore et moins de 10,20 0/0 sont formés de la solution fer-phosphure de fer et d'un eutectique formé par la combinaison Fe3P et de la solution fer-phosphure de fer.

Cet eutectique (Phot. 147, PI. XXXVII) renferme environ

61 0/0 du phosphure et 39 0/0 de la solution saturée de phosphure de fer dans le fer.

L'eutectique, se solidifiant le dernier, est en quelque sorte repoussé par les grains cristallins en formation ; finalement il les englobe en formant autour d'eux des cloisons cellulaires-

39 Les métaux renfermant de 10,2 à 15,580/0 de phosphore sont formés de cristaux du composé Fe3P et de l'eutectique que nous venons de définir (Phot. 148, PL XXXVII).

Plus le phosphore est abondant, plus le composé Pe3P est important.

Pour 15,58 de phosphore, les cristaux de cette combinaison composent exclusivement la masse devenue homogène.

4° Les alliages renfermant de 15,58 h 21,61 0/0 de phosphore, on trouve deux constituants distincts; en chauffant le métal poli jusqu'au bleu à peine visible, on voit au microscope deux parties diversement colorées: l'une bleue plus oxydée, l'autre d'apparence jaunâtre; chaque constituant est bien homogène.

L'un d'eux, celui qui est coloré en bleu par la chaleur, est attaqué par l'eau régale ; l'aimant l'attire : c'est le composé Fe3P.

L'autre résiste aux acides ; il est très peu magnétique : c'est le composé Fe2P,

5° Les alliages contenant de 21,68 à 24 0/0 de phosphore sont formés de deux constituants dont Fe2P ; l'autre n'a pu être déterminé.

D'autre part, M. Stead a étudié l'influence du carbone sur les alliages de fer et de phosphore. Il est arrivé aux conclusions suivantes :

1° Si Ion fond du phosphure de fer dans le fer en présence de carbone, ce dernier détermine la séparation du phosphure, lorsque le métal se solidifie. S'il y a peu de carbone, ce phosphure figure dans le métal comme eutectique et forme autour des grains cristallins des enveloppes dont l'épaisseur croît avec la teneur en carbone.

Toutefois, cet élément est incapable de faire sortir de solu-

tion la totalité du phosphure, même lorsque la teneur de phosphore s'élève à 3,5 0/0.

Un résidu de phosphure reste toujours en solution; mais il est très petit, si la proportion de carbone est à son maximum.

2° Le résidu de phosphure semble être retenu par la perlite; si le phosphore est abondant, il peut s'élever à 0,60 0/0 dans le cas d'un refroidissement très lent ou à 0,75 dans le cas d'un refroidissement plus rapide;

3° Lorsque la teneur en carbone des aciers dépasse 0,9 0/0, une portion du phosphure de fer correspondant à 0,10 0/0 de phosphore se sépare de la solution ; ce phosphure forme alors autour des grains cristallins des enveloppes fragiles, ce qui rend la masse plus ou moins cassante ; dans ce cas, la solution solide renferme encore plus de phosphore qu'il ne s'en est séparé ;

4° Quand le fer phosphore est soumis à la cémentation, le carbone commence par séparer le phosphure, et cet effet se continue jusqu'à ce que la solution renferme 0,6 0/0 de phosphore et 1,3 0/0 de carbone.

Si, au début, le fer ne renferme qu'environ 0,6 0/0 de phosphore, le phosphure ne commence à se séparer de la solution qu'au moment où la teneur en carbone, en augmentant, dépasse 1,2 0/0. Ce résultat est donc très différent de celui qu'on obtient en fondant ensemble, puis en laissant se solidifier des lingots ayant des compositions analogues;

5° Pendant la cémentation, après que l'eutectique phosphoreux s'est séparé sous l'influence du carbone absorbé, une grande partie de ce constituant s'écoule hors de la masse métallique et se répand à l'état liquide dans le charbon environnant ;

6° Si l'on étudie réchauffement ou le refroidissement des solutions de phosphure dans le fer, on n'observe pas de point critique A3 et la structure du métal n'est pas changée, même si la température du métal dépasse 1.000°; cette température élevée ne produit donc aucun changement allotropique; mais,

si le carbone pénètre dans la masse (cémentation), une forte proportion de phosphure se Répare, elle carbone absorbé détermine la transformation du fer à la température du four à cémenter ;

7° La quantité de carbone qu'un métal phosphore peut absorberdans le haut-fourneau ou le creuset dépend de la proportion de phosphure de fer qu'il contient; le fer pur sans phosphure se combine à 5 0/0 de carbone environ.

Quand le métal est exclusivement formé de phosphure de fer Fe3P, le carbone n'y pénètre pas d'une façon générale; la quantité de carbone que peut absorber un métal intermédiaire est à peu près en raison inverse de la proportion de Fe3P qui s'y trouve;

8° 11 ne parait pas que le phosphore détermine la séparation du graphite dans les métaux très carbures, ni qu'il ait pour effet, au contraire, de retenir dans ce métal le carbone à l'état combiné; en somme, à ce point de vue, le phosphore paraît absolument inactif;

9° Si l'on dissout dans l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydriquedu fer k 1,7 0/0 de phosphore, dans lequel le microscope ne décèle aucune trace de phosphure libre, on obtient un résidu lourd, insoluble, non magnétique et de composition très complexe; ce n'est pas un composé défini de fer et de phosphore, mais plutôt un produit de décomposition du phosphure de fer. On obtient d'ailleurs une substance analogue en faisant réagir les mômes acides sur le phosphure pur Fe3P.

MM. Carnot et Goûtai ont pu en attaquant une fonte phosphoreuse par du chlorure double de cuivre et de potassium absolument neutre, isoler tout le phosphore sous forme de phosphure de fer, mêlé parfois à une très petite quantité de phosphure de manganèse, en même temps que de silice, d'hydroxyde de silicium, de carbone et de sulfure de cuivre. MM. Carnot et Goûtai ont été conduits, par un grand nombre d'analyses, à donner aussi à ce phosphure de fer la formule Fe3P.