ÉTUDE INDUSTRIELLE DES ANTIFRICTIONS

Les études qui ont été faites sur les antifrictions sont très nombreuses. Nous commencerons par résumer ces études en cherchant a dégager les propriétés particulières a chaque alliage.

Nous établirons ensuite une comparaison.

Alliages plomb-antimoine. — Nous avons donné déjà, au chapitre xiv, les propriétés générales des alliages plomb-antimoine. Nous insisterons simplement sur les essais faits par M. Charpy.

Les moyens que M. Charpy a utilisés pour l'examen pratique des antifrictions ont pour but de mettre en vue deux qualités qui semblent contraires, la dureté et la plasticité. — La plasticité est, en effet, nécessaire pour assurer l'ajustage aussi parlait que possible de la partie frottée sur la partie frottante. D'autre part, il faut un alliage dur; car, en général, le coefficient de frottement est d'autant moindre que les corps en contact sont plus durs, et il faut, de plus, chercher à diminuer le plus possible l'usure, qui tendrait à produire un jeu dans les organes.

On doit donc rechercher des alliages qui soient simultanément et durs et plastiques.

« On voit, d'après cela, dit M. Charpy, à quels essais on pourra procéder pour examiner un alliage pour coussinets ; la plasticité pourra être définie par un essai à la compression ; elle devra être suffisante pour permettre au coussinet de se mouler sur l'arbre et ne pas dépasser une certaine limite pour que le coussinet ne se déforme pas d'une façon continue sous l'influence de la charge qu'il doit supporter; l'essai de compression permettra de voir en même temps si l'alliage est brisant, ce qui serait un grave défaut. »

ANTIFRICTIONS 873

* La nature des constituants sera définie par l'examen microscopique; la constitution spéciale des alliages pour pièces frottantes correspond à un caractère micrographique très net: en polissant ces alliages sur un support élastique, on devra creuser les parties molles et laisser les parties dures en relief; les alliages pour coussinets doivent donc avoir une texture qui devient visible par simple polissage. Des essais dHisure et de frottement devront servir à caractériser le rôle des constituants durs.

Pour étudier la résistance à la compression, on employait des éprouvettes à section carrée de 10 millimètres de côté et 15 millimètres de hauteur. Le métal était coulé dans une petite lingotière spéciale en bronze formée de deux parties réunies par un collier et présentant une section carrée de 10 millimètres de côté sur 60 centimètres de hauteur. On utilisait seulement la partie inférieure des lingots ainsi obtenus. On sciait k la partie inférieure une plaquette destinée à l'examen micrographique et aux essais d'usure, et on prenait au-dessus Téprouvette de compression.

Cette éprouvette de compression était ensuite soumise à une pression graduellement croissante en enregistrant, à chaque instant, l'écrasement produit, amplifié dans le rapport de 10 h 1 .

Nous devons ajouter que, depuis l'étude de M. Charpy, les recherches sur le frottement et l'usure se sont développées, et quelques machines ont été créées, facilitant les essais. Nous citerons celle du Conservatoire des Arts et Métiers.

Cette machine est destinée surtout h l'essai des huiles. Néanmoins, elle peut être employée pour l'essai des métaux au frottement, en utilisant toujours la môme huile.

Elle comprend, d'après la descriptionqu'ena donné M. Bretiil, dans le numéro du 12 septembre 1903, du Génie civil, un arbre creux tournant dans deux paliers robustes supportés par une colonne en fonte; sur la fusée de cet arbre est placée une boîte portant deux coussinets en bronze; cette boite est prolongée par un pendule gradué sur lequel coulisse un poids. Lorsqu'on essaie une huile, on la fait couler entre les coussi-

nets et la fusée. Lorsqu'on met celle-ci en mouvement, il y a une déviation de la boîte d'autant plus grande que l'huile est plus visqueuse. — En enregistrant la déviation du pendule, on peut connaître l'effet de frottement qui occasionne cette déviation ; c'est bien la disposition du frein de Prony.

On peut faire varier la pression sur le lubrificateur par une tige qui s'appuie sur le coussinet supérieur et qui est plus ou moins pressée sur lui au moyen d'une vis s'emmanchant dans la tête du pendule. On mesure la pression exercée au moyen d'un manomètre à eau, sur la boîte duquel vient s'appuyer la tige de pression par l'intermédiaire d'un diaphragme. On peut, enfin, refroidir ou réchauffer le bout de la fusée et l'arbre de transmission qui sont creux.

Pour l'essai des métaux au frottement, on utilise une tête pendulaire qui est analogue à celle décrite. Les métaux, se présentant sous la forme de trois coussinets, sont logés dans la boîte. On fait les mêmes déterminations que celles indiquées, mais en utilisant la même huile.

Les essais à la compression ont montré que, pour les alliages plomb-antimoine, la résistance à la compression augmente d'abord rapidement avec la proportion d'antimoine, varie très peu quand la proportion d'antimoine va de 10 à 30 0/0 environ et augmente ensuite régulièrement. Ceci est en concordance absolue avec l'étude théorique. — La résistance des alliages riches en plomb est proportionnelle à la teneur en eutectique. Au-delà de 10 0/0 d'antimoine, pourcentage qu1 correspond à l'eutectique, on rencontre de l'antimoine libre. Tant que les cristaux d'antimoine ne sont pas assez nombreux pour se toucher, ils ne font que transmettre la pression à l'eutectique. Quand la teneur en antimoine dépasse 30 0/0, les cristaux se touchent et la résistance augmente. Puis, quand la charge est assez élevée, le métal se désagrège avec une brusquerie d'autant plus grande que la quantité d'antimoine est plus importante.

Quant à l'usure, elle augmente régulièrement avec la proportion d'antimoine; M. Charpy en conclut que cette usure se

ANTIFRICTIONS 875

produit probablement par éclatement et clivage des grains durs.

De ces recherches il résulte que seuls les alliages renfermant de 15 à 25 0/0 d'antimoine environ peuvent être employés comme antifrictions. Ceux qui renferment moins de 15 0/0 d'antimoine sont trop mous et, par conséquent, peuvent amener facilement le grippement. Ceux qui renferment plus de 25 0/0 sont trop fragiles.

En somme, les conclusions auxquelles a été conduit M. Charpy, pour les alliages antimoine-plomb, vont se retrouver dans l'étude des autres alliages ; tous les bons alliages antifrictions devront renfermer des grains durs enveloppés dans un eutectique doux.

Les grains durs auront pour rôle de diminuer le frottement et la tendance au grippement; ils ne devront pas ôtre en proportion assez grande pour rendre le métal fragile. L'eutectique devra avoir une constitution telle qu'il joue bien en quelque sorte le rôle de matelas; ceci dépendra essentiellement de la composition du métal.

Nous avons déjà dit que les principaux alliages de plomb et d'antimoine employés comme antifrictions étaient les suivants:

Pb 91 0/0

Sb 6 0/0

cité par Dudley. Serait mou d'après les conclusions de M. Charpy;

cité également par Dudley. Serait encore un peu trop mou ;

Pb 85 0/0

Sb 15 0/0

Cet alliage, cité par Hiorns et Dudley, correspond bien au type défini ci-dessus.

Il en est de même du suivant donné par Ledebûr et employé pour coussinets de wagon :

Pb 84

Sb .... 16

Dean a donné comme formule du Magnolia (Voir Hiorns, p. 239) :

Pb 78

Sb 21

Fe 1

Mais Dudley avait donné comme analyse d'un produit désigné sous le même nom :

Pb 83,55

Sb 16.45

Alliages plomb-étain-bismuth. — M. Charpy n'a pas fait d'essais à la compression ou h l'usure sur ces alliages.

Ils sont d'ailleurs très peu employés comme anti frictions, à cause principalement du prix du bismuth.

Ils correspondent cependant 1res bien aux desiderata exprimés plus haut.

Ce que nous avons dit sur leur constitution le fait comprendre.

Alliages plomb-étain-antimoine. — Les alliages de plomb, d'étain et d'antimoine sont peut-être les plus employés.

M. Charpy a montré que l'antimoine a pour effet d'augmenter considérablement la résistance à la compression des alliages étain-plomb. L'influence de l'antimoine à ce point de vue est à peu près constante, quelle que soit la teneur en plomb de l'alliage, à moins que cependant le pourcentage ne soit très élevé.

ÀNT1FRICTI0SS 877

D'autre part, il faut, pour éviter toute fragilité, que l'alliage ne contienne pas plus de 15 à 18 0/0 d'antimoine. Pour avoir simultanément une grande résistance, il faut que la teneur en étain soit comprise enlre 10 et 50 0/0.

Comme l'étain est beaucoup plus coûteux que le plomb, il y a, comme le fait très justement remarquer M. Charpy, grand avantage à utiliser les alliages riches en plomb.

L'étain intervient dans l'alliage, d'une part, pour diminuer la dureté et, par conséquent, la fragilité des grains durs; d'autre part, pour augmenter la résistance à la compression de l'eutectique.

Et il faut conclure à la grande supériorité des alliages étainplomb-antimoine sur les alliages plomb-antimoine.

Les principaux alliages de plomb-étain-antimoine utilisés comme antifrictions sont :

Sn 5

Sb 15 + un peu de bismuth

cité par M. Guillemin ;

Pb 80

Sn 12

Sb 8

utilisé par la Compagnie de l'Est pour des garnitures métalliques;

Pb 77,7

Sn 5,9

Sb 16,8

(trop faible teneur en étain), cité par Thurston ;

Pb 76

Sn 14

Sb 10

utilisé par la Compagnie d'Orléans et colle de Paris-Lyon- Méditerranée, pour garnitures métalliques;

Pb 73

utilisé par la Compagnie du Nord pour garnitures métalliques

de tiges de piston et par les Chemins de fer de l'Etat Français comme garnitures des colliers d'excentriques;

Pb 68

Sn 15

Sb 17

est sur la limite de la fragilité; cité par Dudley, comme vendu sous le nom bizarre de métal-graphite, sans doute parce que le graphite, ou mieux, la plombagine est utilisée comme matière de graissage ;

Pb 60

Sn 20

Sb 20

doit être fragile; donné par Ledebur comme employé pour coussinets de chemins de fer;

Pb 42

Sn 46

Sb 12

métal de Hoyles, cité par Hiorns ;

Sn 42

Sb 16

employé par les Chemius de fer de l'État Français; on ne sau-

ANTIFRICTIOISS 879

rait lui reprocher que sa haute teneur en étain, et cela purement au point de vue prix de revient;

Pb 40

Sn....*. 45

Sb." 15

donné par Ledebur:

Pb 37

Sn 38

Sb 25

utilisé par les Compagnies de Chemins de fer italiens.

Alliages plomb-cuivre-antimoine. — M. Charpy, dans ses intéressants essais, a démontré qu'une addition de cuivre aux alliages 'renfermant moins de 13 0/0 d'antimoine diminue sensiblement la résistance à la compression. D'autre part, le cuivre, ajouté aux alliages renfermant de 15 à 25 0/0 d'antimoine, élève sensiblement leur résistance à-la compression.

Le principal type utilisé est :

Gu 10

Pb 65

Sb 25

D'après les recherches de M. Charpy, cet alliage aurait une plus grande résistance à la compression que s'il ne contenait pas de cuivre.

Il est utilisé par la Compagnie de l'Est pour les coussinets de locomotives et tenders.

Alliages étain-cuivre-antimoine. — L'étude de ces alliages, d'ailleurs incomplète, a donné h M. Charpy des résultats peu nets. Il pense cependant que l'un des alliages les

c 80 LES ALLIAGES MÉTALLIQUES

meilleurs et les plus résistants à la compression a pour composition :

Sn 80 0,0

Sb 12 0/0

Cu 3 0/0 environ.

Voici les principaux alliages usités, en partant des plus riches en étain :

ETA IN

CUIVRE

ANTIMOINE

lSKrEKKNCE.S

Cité par Thurslon. Coubs'mcU ordinaires.

Cité par Thurston. Cité par lliorna pour coussinets fortement charges, employas dans les chemins de fer russes pour coussinets de wagons.

Cité par Thurslon et Bolley comme métal de Karmarsch.

Employé en France pour les constructions navales.

Cité par Thurslon. Mêlai de Karmarsch.

Cité par Hiorns pour coussinets fortement chargés.

Cité par Ledebur et Hiorns comme métal de Jacob y pour

faibles pressions.

Employé pour coussinet* de wagons. Compagnies de l'E*t,

P.-L.-M., Ouest, etc.

Cité par Ledebur. Employé par les Chemins de fer de Berlin.

Cité par Ledebur. Employé par les chemins de fer d'Orléans et de l'Ouest autrichien.

Coussinets de têtes de bielles et colliers d'excentriques. Compagnie du Nord.

Cité par Thurslon et Bolley.

Cité par Hiorns pour coussinets très durs.

Cité par Thurslon. Employé par les chemins de fer suif ses.

Cité par Hiorns.

Employé par les chemins de fer russes. Cité par Thurslon.

Cité par Ledebur et Thurslon, comme alliage anglais.

Cité par Hiorns pour coussinets faiblement chargés.

Métal de Karmarsch. Cité par Thurslon et Bolley.

Cité par Thurslon et Hiorns, pour faibles pression*.

Cité par Ledebur.

Cité par Tharston et Bolley.

Ci lé par Thurslon, métal de Karmarsch.

Standard While, métal de Thurslon. Employé par la Compagnie P.-L.-M. pour garnitures de colliers d'excentriques

et de tiroirs.

Cité par Thurslon.

Cité par Thurslon. Employé par le Great Western Railway (Angleterre). Correspondant au métal de Babbit.

Paliers de crosses de piston. Chemins de fer de l'Etat Français.

£àiâ ,<M

Cité par Hiorns. Métal de Dewrance pour locomotives.

Cité par Hiorns pour coussinets très durs.

Alliages zinc-étain-antimoine. — M. Charpy a montré que les alliages de zinc, d'étain et d'antimoine sont très ré-

ANT1FRICT10NS 881

distants à la compression et que rétain diminue nettement la fragilité des alliages zinc-antimoine.

Ces alliages sont très peu utilisés.

Autres alliages ternaires. — On utilise quelquefois des alliages ternaires, autres que ceux que nous venons d'étudier ; nous citerons les alliages de cuivre, de zinc et d'antimoine et aussi ceux de cuivre, d'étain et de zinc.

Nous donnerons les deux types suivants :

Cu 5

Zn 85

Sb 10

cité par Ledebur, et :

Zn 42 ,67

Fe 0,68

qui constitue le bronze Harrington. En réalité, cet alliage est un laiton à teneur en cuivre un peu plus faible que les laitons ordinaires de décolletage.

Autres antifrictions. — On utilise souvent comme alliages anti frictions des produits beaucoup plus complexes que ceux que nous avons envisagés jusqu'ici et plus particulièrement des alliages de cuivre, d'étain, de plomb et de zinc ; de cuivre, d'étain, de plomb et d'antimoine, et aussi de cuivre, d'étain, de plomb, de zinc et d'antimoine.

Nous citerons quelques types de ces alliages, utilisés comme coussinets de machines (Ledebur).

1° Cu 75

Sn 8

Pb 8

Zn 9

2° Cu 74

Sn 9,5

Pb 7

Zn 9,5

utilisés pour des coussinets de locomotives. (Thurston et Ledebur) ;

Pb 44,75

Zn 40,20

Fe 0,55 "

formant le métal Camélia (Dudley) ;

Cu 59

Sn 2,46

Pb 0,34

Zn 38,40

Fe 0,44

constituant le métal Tobin (Dudley) ; c'est un véritable laiton à l'étain ;

Cu 5,6

Sn *7,5

Pb «0,7

Zn 56,2

utilisés pour les machines marines ;

Cu 4,04

Sn 9,94

Pb 4,15

d'après Dudley et cité par Salye ;

Cu 5

Sn 32

Pb 60

Sb 3

employé par la Compagnie de l'Ouest pour la garniture de tiges de piston et d'excentriques ;

Cu 4

Sn 73

Pb 7

Sb 42

Pbosphure de cuivre 4

ÀISTIFRICTIONS ggâ

Sn 52

Pb 30

Sb 16

cité par M, Guillemin, employé par la Compagnie de l'Ouest, pour la fabrication des coussinets et des colliers d'excentriques ;

Cu 2,3

Zn 83,3

Sb 3,5

bronze blanc, dit de Beugnot, utilisé par les constructions navales françaises;

Cu 4

Sn 49

Pb 5

Zn 69

Sb 3

cité par divers auteurs.

On remarquera combien il y a de formules complexes dans celles que nous venons d'énoncer.

De plus, on trouvera, h plusieurs reprises, des compositions très différentes, désignées sous le même nom fantaisiste ; cela provient de ce que très souvent les usines ont été conduites à modifier leur mélange, soit en vue de diminuer le prix de revient, soit pour améliorer certaines propriétés de l'alliage, tout en conservant la même marque industrielle.

D'autre part, il arrive fort souvent que le même nom désigne plusieurs alliages dont les applications sont différentes. Nous donnons dans Y Album de métallographie les microstructures de trois alliages Tandem (Phot. 354, 355 et 635) et de deux alliages Synovia (Phot. 359 à 362).

Discussion générale des propriétés des métaux utilisés dans le frottement. — « Les métaux blancs, disait M. Nozo,

ingénieur de la Compagnie du Nord, dans le Bulletin de la Société des Ingénieurs civils de 1852, soit pour coussinets complets, soit pour doublage, peuvent être utilisés avantageusement dans les frottements h très petites vitesses de certaines machines, ou dans le cas de faibles charges et de moyennes vitesses; mais ils ne conviennent pas aux appareils roulants des chemins de fer, dans lesquels la charge et la vitesse atteignent des conditions qui poussent à une usure rapide, tout métal n'étant pas doué d'une résistance assez grande pour résister à des frottements énergiques. »

Cette opinion a été démontrée fausse dans la suite et, aujourd'hui, les antifrictions sont extrêmement employés. — Nous citerons, d'ailleurs, avec M. Charpy, 1 opinion de deux savants ingénieurs qui se sont plus particulièrement occupés de la question.

Voici, tout d'abord, ce que dit M. Salomon, ingénieur en chef du matériel et de la traction de la Compagnie des Chemins de fer de l'Est {Bulletin de la Commission internationale du Congrès des Chemins de fer, 1896) :

« Les coussinets pour voitures de la Compagnie de l'Est sont en métal blanc, composé de 83,33 parties d'étain, 11,11 parties d'antimoine et 5,55 parties de cuivre.

L'usure deâ coussinets en métal blanc est extrêmement lente. Depuis 1885, origine de l'application de ces coussinets à la Compagnie de l'Est, la réforme de ces organes n'a jamais eu lieu par suite de leur usure en épaisseur; elle n'a encore été provoquée que par l'accroissement du jeu longitudinal ou par des causes accidentelles.

D'après des essais effectués sur des voitures de lre classe, des coussinets en métal blanc pesant 7kg,560, présentant une surface de portée de 184oni,92 et chargés à raison de 15 à 18 kilogrammes par centimètre carré perdent en moyenne par usure 26gr,198 pour un parcours de 100.000 kilomètres.

En 1885, on a adopté, à la Compagnie de l'Est : 1° l'huile minérale russe pour les coussinets ; 2° le métal blanc pour la confection de ces coussinets. Pendant les années 1886, 1S87,

ANTIFRTCTïONS 885

1888, période que Ton peut considérer comme transitoire, il y a eu des chauffages relativement nombreux, probablement à cause de l'inexpérience des agents dans l'emploi de l'huile minérale et dans le travail du métal blanc, mais surtout parce que le graissage à l'huile minérale exige, pour donner des résultats satisfaisants, l'emploi simultané du métal blanc. On constate, en effet, que des boites d'un même type (sans tampon graisseur et dans lesquelles la fusée est baignée dans l'huile) ont chauffé, en 1893, 87 fois moins avec des coussinets en métal blanc qu'avec des coussinets en bronze, et les boîtes h tampon graisseur environ 2 fois moins. Ces réductions du nombre des chauffages, pour un même type de boites résultant de la substitution du métal blanc au bronze, sont assez variables d'une année à l'autre ; mais les statistiques ont toujours accusé un avantage considérable pour le métal blanc. »

D'autre part, M. Chabal, ingénieur en chef adjoint du matériel et de la traction de la Compagnie Paris- Lyon-Méditerranée, a publié, en 1894, dans la Revue générale des chemins de. fer, les résultats d'expériences effectuées sur ces alliages. Cette étude avait pour titre : Note sur l'influence de là nature de l'huile de graissage et du métal des coussinets sur la résistance au roulement des wagons.

Les essais portaient comparativement sur des coussinets en bronze h 82 0/0 de cuivre, 16 0/0 d'étain et 2 0/0 de zinc, et des coussinets en métal blanc à 83,33 0/0 d'étain, 11,11 0/0 d'antimoine et 5,55 0/0 de cuivre, graissés soit à l'huile minérale, soit à l'huile de colza.

Parmi les remarques faites par M. Chabal, nous citerons les suivantes :

« Les coussinets en métal blanc chauffent beaucoup moins que les coussinets en bronze.

« Aux vitesses de 30 à 40 kilomètres, les coussinets en métal blanc donnent une résistance moindre que les coussinets en bronze. La substitution du mêlai blanc au bronze donne une diminution de 20 0/0 sur la résistance pour des wagons houillers à pleine charge formant des trains de 300 tonnes et

roulant à des vitesses de 27 à 42 kilomètres à. l'heure. D'après les essais faits sur véhicules isolés, on trouve que le gain que donne cette substitution diminue quand la vitesse croît, surtout si ces véhicules sont chargés pour la petite vitesse, et peut môme, dans ce dernier cas, devenir une perte aux grandes vitesses, mais que, pour ces véhicules chargés pour la grande vitesse, le gain reste toujours d'au moins 50/0, ce qui implique un gain plus marqué pour le cas de véhicules roulant dans un train.

« L'usure des coussinets régulés est beaucoup moindre que celle des coussinets en bronze (0,4 en moyenne). »

Mais ces recherches n'avaient porté que sur un nombre relativement restreint d'alliages, lorsque M. Charpy étudia, de la façon la plus scientifique, les conditions que devaient remplir ces produits métallurgiques.

Nous avons résumé ses importantes recherches ; nous reproduisons ici ses conclusions :

« En résumé, les alliages employés comme antifrictions présentent tous le même caractère général ; ils sont formés par des grains durs englobés dans un alliage plastique. Cette constitution, qui se rencontre dans presque tous les alliages auxquels on est arrivé empiriquement à donner la préférence, répond aux deux conditions que l'on peut chercher à réaliser dans les alliages pour coussinets ; la portée se fait sur les grains durs, qui ont un coefficient de frottement peu élevé et sur lesquels le grippement ne peut se produire que très difficilement; la plasticité du ciment permet au coussinet de se mouler sur l'arbre.

Cette constitution peut se réaliser par des mélanges binaires; les .grains durs étant constitués soit par un métal simple, comme l'antimoine, soit par un composé défini, comme l'antimoniure d'étain, l'antimoniure de cuivre, lestannure de cuivre. 11 sera préférable en général de recourir à des mélanges ternaires dans lesquels, grâce à la composition complexe du ciment, il sera plus facile de trouver une composition qui corresponde aux différentes qualités requises. L'étude 4e la

ANTIFRICTIONS 8*7

constitution des alliages ternaires donne pour cette recherche de précieuses indications. Elle permet de se rendre compte, par un petit nombre d'essais, des limites entre lesquelles on peut faire varier la composition pour avoir des alliages utilisables.

« Les essais à faire sont principalement des essais micrographiques pour vérifier que l'alliage présente bien la constitution qui a été indiquée plus haut et des essais de compression pour s'assurer que l'alliage n'est ni trop dur, ni trop mou, qu'il s'écrase régulièrement et ne se brise pas en fragments sous l'influence de la pression.

« Ces considérations permettent un premier classement des alliages utilisables ; celles qui interviennent ensuite sont relatives principalement au prix de revient, aux facilités de travail et d'emploi et échappent, par conséquent, aux recherches de laboratoire.

« Après avoir indiqué les principes de l'étude des alliages pour coussinets, nous avons examiné les groupes ternaires suivants : cuivre, étain, antimoine; plomb, étain, antimoine ; cuivre, plomb, antimoine; zinc, étain, antimoine; cuivre, étain, plomb, et indiqué, dans quelques cas, les principales combinaisons utilisables, à 3 ou 4 0/0 près. Toute précision plus grande nous paraît actuellement illusoire: on a d'ailleurs ainsi un choix suffisant, et il semble inutile de recourir aux formules plus compliquées, qui ont parfois été proposées, qui comportent l'emploi de quatre et même cinq mélaux différents et dont la fixation paraît avoir été complètement arbitraire. »

Depuis que l'étude de M. Charpy a paru, de nouveaux alliages ont été préconisés, notamment, les bronzes à très haute teneur en plomb dont nous avons parlé précédemment, et qui renferment un peu de nickel.

Un mémoire a été publié récemment; il embrasse, au point de vue pratique, tous ces métaux ; aussi nous en voudrions-nous de ne pas en reproduire les principaux passages.

Il est dû à M. G, -H. Clamer et a été publié dans le Journal

of the Franklin Institute (CLV1, 49 h 77; 4903) et résumé dans la Bévue dé Métallurgie de mars 1904.

Il est facile de se rendre compte que, pour les coussinets, il n'y a guère que cinq métaux auxquels on puisse songer : le cuivre, rétain, le plomb, le zinc et l'antimoine. Les autres corps que l'on peut y introduire n'y figurent qu'en petites quantités et d'une façon accessoire. Les alliages, aujourd'hui employés pour les coussinets, sont divisés en deux groupes bien tranchés : les alliages blancs et les bronzes.

Dans cette étude on s'est occupé surtout des coussinets de chemins de fer, mais la plupart des conclusions peuvent s'étendre à des usages tout autres.

Les conditions élémentaires à faire entrer en ligne de compte pour faire choix d'un alliage pour coussinets sont les suivantes:

1° Composition;

2° Structure;

3° Frottement;

4° Échauffement;

5° Usure des coussinets ;

6° Usure du tourillon ;

7° Résistance kla compression;

8° Prix de revient.

Il est impossible de trouver un alliage qui satisfasse à la perfection à chacune des conditions précédentes. Ainsi les métaux qui donnent la plus faible usure sont aussi ceux qui présentent le plus fort coefficient de frottement.

Il faut donc faire intervenir simultanément une série de données contradictoires, et le choix à faire entre elles reste toujours un peu arbitraire.

1° Composition. — La composition ne présenterait aucune importance s'il était possible d'atteindre la perfection dans l'ajustage mécanique d'un coussinet; dans ce cas, en effet, il n'y aurait jamais de contact dé métal sur métal, mais seulement de métal avec l'huile, et l'usure résulterait seulement du frottement du fluide contre le solide; mais ce résultat est impossible à obtenir, surtout dans les chemins de fer, où les

ANTIFRICTIONS 889

arrêts, les renversements du sens du mouvement, les déplacements latéraux modifient constamment les positions relatives des pièces frottantes.

Cette composition intervient pour déterminer en partie les différentes autres conditions qui ont été précédemment énoncées. On est obligé de réunir dans une certaine mesure l'étude de ces différents points de vue.

2? Structure. — La structure dépend dans une grande mesure de la composition chimique, mais elle varie encore avec le traitement calorifique et certains procédés de traitement qui modifient les . dimensions des cristaux. D'une façon générale, l'expérience a montré que tous les alliages pour coussinets satisfaisants renferment au moins deux éléments structuraux différents : un élément dur capable de supporter la charge voulue, un élément mou servant de support plastique aux grains plus durs. En général, plus les surfaces en contact sont dures, plus le coefficient de frottement est faible, et plus forte est la pression à laquelle se produit le grippement.

On peut, d'après cela, être tenté de croire que plus dur est un alliage, meilleur il sera. Cette idée a été le point de départ de l'usage, si général au temps passé, du bronze, mais le bon fonctionnement d'un semblable alliage dépend avant tout de la perfection de son ajustage.

Pour obtenir un ajustage convenable dans la mise en service, M. Hopkins a proposé depuis bien des années déjà d'employer un garnissage en plomb. L'usage en est devenu tout à fait général aux Etats-Unis ; mais, bien que l'on obtienne ainsi une assiette convenable pour le tourillon, l'ajustage est constamment déréglé, et il faut que le coussinet lui-même ait une certaine plasticité pour éviter les chauffages .anormaux.

L'introduction du plomb dans l'alliage de cuivre et d'étain a donné d'excellents, résultats, comme on l'indiquera plus loin.

3° Coefficient de frottement. — D'une façon générale, plus le métal est dur, plus le coefficient de frottement est faible.

Les bronzes ont un coefficient beaucoup plus faible que les métaux blancs; mais, par contre, plus le métal est dur, plus il a une tendance à chauffer, parce que, en raison de son défaut de plasticité, la répartition de la pression se fait inégalement, et en certains points une pression trop forte amenant en contact les surfaces métalliques donne lieu au grippage et au chauffage.

4° Êckauffement . — L'échauffement normal est également à prendre en considération ; la consommation de l'huile va en croissant avec la température; mais en même temps le coefficient de frottement diminue, pourvu, bien entendu, que le coussinet soit dans un état normal.

5° Usure du coussinet. — Il existe une relation très remarquable entre l'usure et la composition d'un coussinet, et c'est là un champ de recherches qui est bien loin d'être exploré complètement. On emploie fréquemment des compositions très coûteuses et présentant peu de résistance à l'usure, bien inférieure à des alliages beaucoup moins chers. Cela tient à ce que l'on a encore très peu déchiffres précis sur cette question.

6° Usure du tourillon. — La composition du coussinet a une influence très marquée sur l'usure du tourillon. Les métaux mous amènent une usure plus rapide des tourillons; mais la cause de ce fait n'est pas connue. Peut-être cela tient-il à la fixation de grains de sable dans l'alliage, peut-être à une action directe du métal lui-même.

7° Résistance à la compression. — Les essais de résistance à la compression des alliages pour coussinets sont importants pour montrer :

1° Si l'alliage est assez dur pour supporter sans déformation sa charge normale ;

2° Si l'alliage est brisant et sautera en éclats sous l'action d'efforts exagérés ;

3° S'il est suffisamment plastique pour qu'il puisse se déformer dans des circonstances de travail difficile.

On passera en revue les différents alliages en examinant successivement les points de vue résumés précédemment.

Plomb et antimoine. — Ces alliages sont de plus en plus durs

ANTIFRICTIONS , 894

à mesure que la proportion d'antimoine augmente. L'alliage eutectique correspond à une proportion de 13 0/0. Au-delà de cette teneur, on voit apparaître des cristaux de première consolidation d'antimoine.

La Pensylvania Railroad C°, sur le conseil du Dr Dudley, son chimiste, a adopté l'alliage à 13 0/0 d'antimoine pour le garnissage de ses coussinets et obtenu les meilleurs résultats. Les expériences de l'auteur montrent que le plomb est de tous les métaux celui qui est le plus favorable pour empêcher l'usure.

A mesure que la proportion d'antimoine augmente, la dureté et la fragilité de l'alliage augmentent et aussi son usure; par contre, le frottement diminue et en même temps la température normale de fonctionnement des coussinets; mais les chauffages accidentels se produisent plus facilement ; au contraire, l'usure des tourillons diminue à mesure que la dureté augmente. Ces alliages sont, de tous, les moins coûteux, et ils conviennent parfaitement dans un grand nombre fde circonstances lorsque les efforts à demander aux coussinets ne sont pas exagérés. C'est une folie commune à un grand nombre d'établissements industriels d'employer des matières d'une valeur tout à fait disproportionnée à l'usage auquel elles sont destinées.

Plomb, antimoine et étain. — L'alliage de plomb et d'antimoine n'est pas suffisamment résistant pour supporter de fortes pressions; l'addition d'étain augmente beaucoup sa rigidité et sa dureté, sans cependant le rendre plus fragile, comme le ferait un accroissement de la proportion d'antimoine. Cet alliage renferme le composé SbSn en petits cristaux d'apparence cubique. Son prix, bien entendu, va en croissant avec la proportion d'étain; il convient très bien pour les usages auxquels on applique les métaux antifriction.

Étain et antimoine. — Ces alliages sont peu employés pour les coussinets, à cause de leur prix élevé. Leur usage le plus important est la fabrication des sièges de soupape.

Etain, antimoine et cuivre. — Un alliage de ces métaux est connu sous le nom de Parfait Babbitt, du nom de son inventeur Isaac Babbitt, qui a eu, le premier, l'idée d'employer pour la confection des coussinets les alliages fusibles. La formule qu'il a recommandée et qui est encore employée aujourd'hui est la suivante :

Étain 89,1 0/0

Antimoine 7,4

Cuivre . 3,7

C'est le plus coûteux de tous les alliages à coussinets.

Étain, antimoine, plomb et cuivre. — Ces alliages s'obtiennent en ajoutant du plomb au métal babbitt. Un grand nombre de consommateurs protesteraient énergiquement s'ils trouvaient, à l'analyse, du plomb dans leur babbitt, et pourtant cela l'améliore, tout en en diminuant le prix, pourvu cependant que la proportion de plomb reste peu élevée.

Alliages de zinc. — On a souvent proposé des alliages avec le zinc, mais ils n'ont jamais donné de bons résultats. Le zinc, en effet, adhère au fer dès qu'il y a un léger échaufFement et galvanise en quelque sorte le tourillon.

Bronzes. — Les expériences de frottement faites par Clamer ont principalement porté. sur les bronzes. Les expériences étaient faites sur de petits axes en acier que l'on pesait avec précision avant et après l'expérience. La perte de poids par usure était perceptible après un nombre de révolutions .variant de 100.000 à 500.000. Dans toutes ces expériences on a déterminé les pertes de poids, le coefficient de frottement, et la température moyenne du coussinet.

Les conditions ont été les suivantes :

Nombre total de tours d 00.000

Tours par minute < 525

Dimensions du tourillon. . .. 0m,095 de diamètre

— — 0m,088 de longueur

Pression sur 1 millimètre carré.. 0k*,703 Graissage Galena coach oiL

JkNTIFRICTIONS

MÉTAL EMPLOYE

COMPOSITION