CHAUFFAGE
POINTS DE TRANSFORMATION
ECHADFFEME.NT
Premier . .
Deuxième.
if
nF.FROIDIS8E31E.NT
Le deuxième point se traduit ici par une suite de perturbations qui semble indiquer une succession de transformations.
Premier . .
Deuxième.
On voit donc que la position des points n'est pas sensiblement modifiée, mais que la transformation semble s'étendre sur une certaine échelle de température. C'est bien ce que va établir d'une façon irréfutable la micrographie.
Métallographie (Album, PI. LXIV à LXX). — L'étude micrographique des alliages aluminium-cuivre a été faite par M. H. LeChatelier, en superposant à l'état fondu du cuivre et de l'aluminium par ordre de densité et en les protégeant de l'oxydation par une couche de sels fondus.
M. H. LeChatelier a défini ainsi quatre combinaisons, descristaux très nets de la combinaison Al*Cu. de grands cristallites jaunes qui seraient Cu3Al et deux autres combinaisons intermédiaires dont les formules n'ont pu être établies.
Nous avons repris, avec un très grand nombre d'expériences, l'étude micrographique de ces alliages et les résultats que nous avons obtenus précisent un grand nombre de points et paraissent bien démontrer que le composé Cu3Àl n'est pas formé par ces grands cristaux jaunâtres signalés par M. H. Le Chatelier.
L'étude micrographique nous montre l'existence de sept
constituants que nous désignerons par les lettres a, 0, y, 3, s , y , Il .
1° Constituant a (PI. LXIV, Phot. 253 et 254). —Le constituant a est une solution cuivre-aluminium renfermant de. 0 à 8 0/0 d'aluminium.
Elle apparaît en jaune or par le perchlorure de fer en solu tion chlorhydrique (réactif d'Heycock et Neville) et par le chlorure de cuivre ammoniacal.
Tous les alliages correspondant à la droite AB sont formés de cette solution a.
L'attaque ne fait apparaître que des polyèdres plus ou moins importants et qui se voient toujours à l'œil nu.
Lorsque, prenant un de ces alliages, on* le trempe à des températures inférieures ausolidus, on n'obtient aucun changement apparent dans la structure. Parfois cependant on voit se former des clivages qui rayonnent à partir du bord (PI. LXIV, Phot. 254). Ceux-ci sont probablement dus à la contraction occasionnée par le brusque refroidissement. Généralement les polyèdres — du moins ceux situés sur les bords — diminuent d'importance. Un recuit un peu prolongé peut également amener ces plans de clivage.
Constituant g (PI. LXIV, Phot. 255 et 256 ; PI. LXV, Phot. 257 à 260). — Lorsque la teneur en aluminium dépasse 8 0/0, on voit, sur les alliages refroidis lentement, apparaître des masses colorées en noir dans l'attaque au perchlorure ou au chlorure de cuivre ; cette masse noire entoure de grands cristallites que Ton a toujours pris pour le composé Cu3Al. Or ces cristallites ont absolument les mêmes caractères que la solution a. De plus, ils vont en diminuant quand le pourcentage d'aluminium augmente, tandis que l'autre constituant, que nous appellerons g, prend de l'importance.
Nous donnons trois photographies qui montrent ce fait extrêmement net (Phot. 255, 256 et 257).
L'alliage à 91,80/0 de Cu ne contient que des traces du constituant (3; l'alliage à 90,2 en contient une quantité très importante ; enfin, dans l'alliage à 89,5, le constituant g. occupe plus du tiers de la surface.
Pour cette comparaison, les trois alliages précités ont été refroidis dans les mômes conditions. On verra tout à l'heure l'importance de ce point.
Si Ton examine à fort grossissement le constituant g (PI. LXV, Phot. 258), on le trouve formé de toutes petites aiguilles qui justifient la méprise qu'ont éprouvée certains expérimentateurs en le prenant pour un eutectique.
Si Ton considère l'alliage à 88,1 0/0 de cuivre, l'attaque au perchlorure fait apparaître de vaste3 polyèdres que l'on voit à l'œil nu et qui sont remplis de petites aiguilles du constituant g (PI. LXV, Phot. 259).
Ce constituant £ correspond donc bien au premier maximum de la courbe de fusibilité. Il ne saurait être que ou un composé défini (Cu3Al), ou une solution solide.
Nous avons dit plus haut que les cristal li tes qui étaient entourés du constituant 0 devaient être la solution a.
Une preuve de plus à l'appui de cette hypothèse est la suivante :
Si Ton prend l'alliage à 91,8 0/0 de cuivre, qui contient un peu du constituant g et beaucoup du constituant a et qu'on le recuise à 800°, on voit apparaître, comme le représente nettement le photogramme 260 des polyèdres, comme dans les alliages formés de la solution a, et le constituant (â forme simplement des lignes noires au milieu de la préparation (PI. LXV, Phot. 260).
En un mot, les alliages renfermant entre 8,6 et 11,8 d'aluminium sont formés, après refroidissement lent, par les constituants a et 3, ce dernier étant d'autant plus abondant que la teneur en aluminium est plus élevée.
Constituant y. — Ce constituant n'existe jamais dans les alliages refroidis lentement.
Il est caractéristique de tous les alliages renfermant entre 8,6 et 11,8 0/0 d'aluminium et qui ont été refroidis brusquement à une température supérieure à leur point de transformation.
II nous semble utile d'en étudier un exemple en détail.
Prenons Valliage à 90,20/0 de cuivre, dont nous avons donné
la microstructure après refroidissement lent (Phot. 256).
Si nous le trempons juste au-dessus de son premier point de transformation (525°au refroidissement), nous voyons le constituant £ se modifier; l'attaque au perchlorure de fer montre des aiguilles blanches très fines; on obtient le même résultat avec l'oxyde de cuivre ammoniacal (PI. LXVI,Phot. 261 et 262).
Le même résultat est obtenu, quelle que soit la température de trempe entre 525 et 750°. A partir de cette température (qui correspond au second point de transformation à peine visible sur les courbes de refroidissement), une seconde modification s'opère : le constituant a tend h disparaître. Plus la température de trempe se rapproche du solidus, moins il reste du constituant a ; le facteur temps de chau/fe à température constante agit de même. Nous donnons quatre photogrammes qui reproduisent le phénomène.
La photographie 261 donne la microstructure de l'alliage à 91 0/0 de cuivre trempé à 600; la modification n'a touché absolument que le constituant g.
La photographie 263 reproduit la structure du même alliage trempé à 750°; ici le constituant a a partiellement disparu.
Ceci est plus accentué encore dans les trempes à 900° à 950° : le constituant a a presque entièrement disparu ; il n'existe plus à 950° (Phot. 264 et 265).
Les alliages à constitution analogue nous ont donné dans la trempe des résultats semblables. Il en est un dont l'étude est particulièrement intéressante : c'est celui qui correspond au maximum de la courbe de fusibilité. On sait que cet alliage, refroidi lentement, montre d'importants polyèdres remplis de petites aiguilles se colorant facilement par le perchlorure de fer (constituant jî, Phot. 259).
On n'apporte aucune modification tant que la température de trempe est inférieure au point de transformation (500° au refroidissement). À une température un peu supérieure, les lignes qui séparent les polyèdres s'éclaircissent et, dans l'intérieur, on voit de petites aiguilles blanches (Phot. 266). A 750°, on voit très nettement les grandes aiguilles blanches
(Phot. 267), qui sont d'autant plus nettes que la température est plus élevée, comme le montre la photographie 268 reproduisant la microstructure de l'alliage trempé à 900°.
Nous n'avons pas noté que les aiguilles s'arrêtassent toujours nettement aux bords des polyèdres ni qu'elles fussent parallèles dans un môme polyèdre. Elles sont généralement parallèles dans une zone déterminée, sans que celle-ci coïncide avec le polyèdre. Nous croyons que les deux points signalés par M. Breuil, d'une part la formation d'aiguilles, d'autre part l'existence de plans de clivage, sont absolument différents.
Ces phénomènes ne sauraient non plus être rapprochés, comme Ta fait M. Breuil, de l'accentuation des plans de clivage que nous avons signalée dans certains aciers au nickel ou au manganèse. Nous n'avons pas admis que ces déformations cristallines fussent de l'austenite, comme le dit M. Breuil, mais bien au contraire la transformation ou, plutôt, un temps de la transformation de l'austenite en martensite. Nous pensons qu'ici on est seulement en présence d'une solution solide (constituant y) qui existe à haute température et qui est maintenue par un refroidissement brusque, phénomène absolument analogue à la production de la martensite.
Constituant* (PI. LXVIII, Phot. 269, 270 et 271). — Quand la teneur en aluminium varie de 11,8 à 15,5, la microstructure montre le constituant g englobé dans une solution solide dont la couleur, dans l'attaque au perchlorure de fer, varie depuis l'or rougeâtre jusqu'à l'or pâle. C'est une solution solide que nous désignerons par la lettre l et que nous allons rencontrer dans les alliages plus riches en aluminium.
En effet, lorsque la teneur en ce métal dépasse 15,5, on se trouve en présence de produits homogènes, dans lesquels toute attaque, acides étendus ou forts, alcalis, perchlorure, etc., ne peut faire apparaître que des polyèdres avec des plans de clivage plus ou moins accentués. Il en est ainsi jusqu'à 30 0/0 d'aluminium.
Le photogramme 271 représente l'alliage à 22 0/0 d'aluminium attaqué à l'acide azotique concentré.
Constituant s (PI. LXVIH, Phot. 272, et PI. LXIX,Phot. 273 à 275). — Lorsque la teneur en aluminium dépasse 30 0/0, on se trouve en présence d'alliages qui, attaqués par la potasse, laissent voir de grands cristallites aux bords arrondis, le fond devenant noir.
Le polissage en bas-relief les fait apparaître en bleuté; ils semblent posséder une grande dureté.
L'importance de ces cristallites diminue au fur et à mesure que la teneur en aluminium augmente, comme le montrent les photogrammes reproduisant les microstructures des alliages à 32 et à 37 0/0 d'aluminium.
Lorsque la teneur d'aluminium atteint 40 0/0, l'aspect change bien que gardant ses principaux caractères.
Les cristallites changent de forme : on voit apparaître de grandes aiguilles qui ont absolument les mêmes caractères qu'elles.
La teneur en aluminium croissant, ces aiguilles apparaissent bientôt seules et leur importance diminue.
Nous croyons n'être ici qu'en présence d'un seul et même constituant que nous désignerons par s.
Le constituant s doit être le composé AlCu.
Le constituant est stable à toute température inférieure au solidus.
Quant au constituant qui forme le fond de ces alliages et qui s'attaque par la potasse, nous allons le définir maintenant.
Constituant^ (PI. L1X, Phot. 276, et PL LX, Phot. 277 à 279). — Quand la teneur en aluminium varie de 44 à 46, il semble que Ton se trouve en présence d'une solution solide de composition très voisine du composé Al*Cu. Nous l'appelons ri{.
Lorsque la teneur en aluminium dépasse 47, on voit les grands cristaux très nets, déjà définis par M. Le Chatelier ; ils sont entourés d'uneutectique.
Ces cristaux diminuent, tandis que l'eutectique augmente, lorsque la teneur en aluminium croît.
Il en est ainsi jusqu'à 66 0/0 d'aluminium. L'acide chlorhydrique étendu fait très bien apparaître la constitution de cet alliage.
Le constituant y) paraît bien être la combinaison Al2Cu.
Il est stable à toute température inférieure au solidus.
Constituant H. — Pour une teneur en aluminium supérieure à 66 0/0, on trouve toujours de Teutectique ; mais le constituant qu'entoure cet eutectique est autre; nous l'appellerons H. Il s'attaque beaucoup plus rapidement que tj par la potasse et les acides.
De plus, la cristallisation n'est plus nette.
Ce doit être de l'aluminium ou une solution aluminiumcuivre à très basse teneur en Cu. Comme rn H est stable à toute température inférieure au solidus.
En résumé, l'étude micrographique des alliages de cuivre et d'aluminium conduit à définir sept constituants, à savoir :
Le constituant a, solution contenant de 3 à 8 0/0 d'aluminium :
C'est ce constituant qui a été confondu jusqu'ici avec le composé Cu3Al ;
Le constituant (3, qui serait ou le composé Cu3Àl ou une solution solide ;
Le constituant y, solution solide qui ne prend naissance que par trempe et qui renferme de 8,6 à 15,5 0/0 d'aluminium;
Le constituant 3, solution solide dont la teneur en aluminium varie de 15,5 à 30 0/0 ;
Le constituant $, qui parait être le composé ÀlCu ;
Le constituant rn qui est le composé Al2Cu ;
Il existe probablement une solution t){ renfermant de 44,5 à 46 Al 0/0 ;
Le constituant H, qui est soit l'aluminium pur, soit une solution aluminium-cuivre à très faible teneur en aluminium.
Influence des traitements. — Trempe. — Nous avons dit, à propos du constituant y, l'influence de la trempe à différentes températures sur la constitution des alliages qui renferment de 8,6 à 11.8 d'aluminium.
Nous avons montré que la transformation est plus ou moins incomplète suivant la température et le temps de chauffe.
En trempant des échantillons pendant le refroidissement
qui suit immédiatement la fusion, les résultats ont été identiques à ceux trouvés pendant réchauffement.
Recuit et revenu. — Le recuit n'a pas d'influence sur la structure des alliages renfermant plus de 11,8 d'aluminium.
Sur les autres alliages, l'influence du recuit est très nette.
Pour les produits renfermant moins de 8,6 0/0 d'aluminium, le recuit agrandit les polyèdres et détermine la formation ou l'accentuation des plans de clivage.
Pour ceux renfermant de 11,8 à 8,6 0/0 d'aluminium, la température dépassant le point de transformation, la solution a forme des polyèdres, comme le montre la micrographie 260. On notera que le composé g forme des bandes noires (attaque au perchlorure de fer).
Si l'on prend de ces alliages trempés dans des conditions telles que la transformation déjà indiquée ait lieu et si on les soumet au recuit, on fait disparaître le nouveau constituant et on régénère la première microstructure.
La loi qui préside à cette transformation est d'ailleurs semblable à celle qui préside au revenu des aciers trempés (Photogr. 280).
Dilatation. — M. H. Le Chatelier a déterminé les dilatations des alliages cuivre-aluminium.
Voici les résultats obtenus :
