VOLUMES SPÉCIFIQUES CORRIGÉS

ES CARBONE

L'auteur déduit de ces résultats que :

1° Le volume du fer pur de 0em3,1274 ne correspond pas à celui que Ton trouverait en prolongeant la courbe des volumes spécifiques des aciers renfermant de 0,5 à 1,25 0/0 de carbone, qui est seulement de 0,12703 ;

2° Pour les aciers renfermant plus de 2,6 0/0 de carbone, l'accroissement du volume spécifique se fait beaucoup plus rapidement, ce qui fait songer à l'existence possible de deux variétés de cémentite dont la densité serait :

Acier à moins de 1,26 0/0 C 7,74

Acier à plus de 1,26 0/0 C 7,24

Pour d'autres aciers, M. Bénédicks a trouvé des écarts qu'il ne s'explique pas. M. H. Le Chatelier a fait remarquer [Bévue de Métallurgie, septembre 1904) que ces différences pourraient être attribuées à la présence de gaz, plus particulièrement de Thydrogène dissous dans le fer.

Étude chimique. — De nombreuses études ont été faites par voie chimique sur les aciers. Nous ne pouvons que résumer les principales, qui semblent définir les états sous lesquels se trouvent les divers éléments.

On sait que l'on a pu isoler des aciers au carbone recuits ou bruts de forge, un carbure de fer qui parait bien corres-

pondre à la formule Fe3C. Le carbure a été, en quelque sorte, soupçonné par Caron, puis isolé par Muller, sir Abel, Osmond et Werth, Arnold et Read, Milius Forster et Schone, et eniin par Moissan.

C'est ce carbure de fer Fe:îC, qui a reçu de M. Howe le nom de cémentite. Différents métallurgistes ont donné au carbone qui se trouve sous cet état divers autres noms : Ledebur Ta appelé carbone du carbure normal; Osmond et Werth, carbone de recuit ; et enfin Caron, carbone de cémentation, pour rappeler qu'il se trouve en abondance dans les aciers cémentés.

Si l'on vient à attaquer par des acides étendus des aciers trempés, c'est-à-dire des aciers qui ont été portés à une température assez élevée (aux environs de 800 à 850°) et refroidis brusquement dans l'eau froide, on n'obtient plus de carbure de fer.

Le carbone se trouve sous un état particulier, certainement différent de celui dans lequel il existe dans les aciers recuits ou bruts de forge, et que Ton nomme carbone de trempe. Il paraît être en solution solide dans le fer ou, ce que l'on ne saurait préciser, à l'état de combinaison dissoute dans le fer. .

De toute façon il faut admettre que la dissolution du carbone ou du carbure dans le fer est attaquable par les acides étendus.

De plus, dans les fontes, et dans un certain nombre de produits sidérurgiques, on rencontre du graphite, qui est facile à caractériser; il est, en effet, inattaquable aux acides, môme concentrés, et il se trouve complètement libre. Ce graphite peut exister à l'état de graphite cristallisé ou de graphite amorphe. Ce dernier, que Ton obtient plus particulièrement dans certains recuits, est souvent dénommé carbone graphitique ou même carbone de recuit. Il ne faut pas le confondre avec le carbone de carbure, qui a reçu la même dénomination de la part de MM. Osmond et Werth. Les confusions ne peuvent guère avoir lieu maintenant, car les noms de cémentite, de perlite et de martensite ont triomphé grâce à la micrographie.

En résumé, l'étude purement chimique des produits sidérurgiques a permis de caractériser les trois états suivants du carbone :

1* Le carbone de carbure formant avec le fer une combinaison définie, la cémentite, Fe3C, laquelle est attaquée par des acides concentrés, mais est insoluble dans les acides dilués et froids;

2° Le carbone de trempe, lequel est en solution dans le fer soit à l'état libre, soit à l'état de combinaison. Les acides azotique et chlorhydrique le transforment en hydrocarbures gazeux; l'acide azotique le sépare sous forme d'un dépôt noir, qui, d'ailleurs, se dissout rapidement et colore la liqueur en brun;

3° Le graphite, ou carbone libre, qui est inattaquable aux acides même concentrés, mais qui peut ôtre soit cristallisé, soit amorphe.

Dans le premier cas, on l'appelle plus généralement graphite; dans le second, plus souvent carbone graphitique.

D'autre part, M. Bénédicks a été conduit, par la différence des densités obtenues pour la cémentite, à étudier par des moyens chimiques les carbures de fer que pouvaient renfermer les aciers. L'attaque à l'acide sulfurique très étendu sur deux aciers renfermant 0,98 et 1,63 0/0 de carbone a donné des résidus dont l'analyse a fourni :

Acier à 0,98 0/0 de carbone C = 7,85 H = 0,70

Acier à i,64 0/0 de carbone C = 10,20 H = 0,28

La teneur théorique correspondant aux deux formules Fe3C et Fe*C est :

Fe3C C = 6,67 0 0

Fe*C C = 9,68 0 0

Si Ton remarque que, dans l'acier à 1,64 0/0 de C, les éléments sont beaucoup plus gros, ainsi que l'avaient montré d autres essais et que, par suite, la proportion de carbure décomposé par l'acide a du être moindre, ce que confirme du.

reste la plus faible teneur en hydrogène du résidu, laquelle provient des hydrates de carbone formés par la décomposition du carbure, on est en droit de conclure que, dans les aciers les plus riches en carbure, c'est le composé Fe*C et non pas la céraentite qui s'en sépare. C'est encore là, fait remarquer la Revue de Métallurgie, un fait très important et qui demanderait à être l'objet de nouvelles recherches pour être établi définitivement.

Des vues semblables ont été exprimées récemment par MM. Campbell et Kennedy, en attaquant par les acides des aciers à teneurs variables et analysant les hydrocarbures produits. Us avaient conclu que le carbure des aciers au-dessus de 1 ,3 0/0 de carbone n'était pas le même que celui des produits moins carbures, mais sans proposer de changement à la formule du carbure; ils avaient supposé qu'il ne s'agissait là que d'un changement d'état isométrique.

Des recherches faites sur la densité de ces carbures n'ont conduit qu'à des résultats insuffisants. Pour le carbure n° 2, la densité trouvée a été de 3,9, c'est-à-dire moitié de celle à laquelle conduirait la détermination de densité des aciers. Cela tenait, sans doute, à la proportion de carbone mise en liberté par l'action de l'acide.

Enfin des expériences faites sur l'intensité d'aimantation spécifique de ce carbure ont donné une valeur double pour les carbures plus riches en carbone.

D'autres études ont été faites, très nombreuses, d'ailleurs, pour définir les états sous lesquels se trouvent les produits autres que le fer et le carbone dans les produits sidérurgiques; nous résumerons rapidement ce qui touche aux principaux de ces éléments.

Silicium. — Le silicium se trouve sous des étals divers ; on a pu isoler des ferro-siliciums industriels les trois combinaisons Fe2Si, FeSi, FeSi2.

Ceci découle des travaux de MM. Carnot et Goûtai, Frémy, Hahn, Moissan, Lebeau, etc.

De plus, on a pu isoler des siliciures doubles de fer et de

manganèse, qui correspondent sensiblement à la formule M3Si, M exprimant la somme fer + manganèse, et un siliciure de manganèse MnSi.

En étudiant les aciers au silicium renfermant de 1 à 30 0/0 de silicium, nous avons bien retrouvé le composé FeSi; mais nous n'avons pas rencontré le composé Fe2Si, trouvé dans les ferro-siliciums contenant aux environs de 12 0/0 de silicium ; quelques échantillons ont cependant présenté cette combinaison; mais en très petites quantités (de 0,5 à 0,7 0/0). Les aciers au silicium ne paraissent donc pas contenir toujours le silicium sous le môme état que les ferro-siliciums industriels à même dose de silicium (Voir chap. iv).

Manganèse. — Le manganèse présente une affinité toute spéciale pour le silicium (nous venons de l'indiquer) et pour le soufre; il peut donc se trouver entièrement à l'état de MnSi ou de MnS.

Quand il est en proportions assez importantes, il forme des carbures doubles plus ou moins complexes; on en a isolé un grand nombre. Mais ces recherches sont très délicates, et 1 analyse chimique conduit souvent à affirmer l'existence d'un produit qui peut très bien ne pas être.

Les produits sidérurgiques à haute teneur en manganèse ne semblent pas contenir le carbure de manganèse Mn3C découvert, en 1875, par MM. Troost et Hautefeuille. MM. Carnot et Goûtai admettent l'existence des carbures doubles suivants : Fe3C,4Mn3C pour les alliages renfermant plus de 74 0/0 de manganèse; Fe3C,2Mn3C, pour les produits contenant de 60 à 74 0/0 de manganèse; 2Fe3C,Mn3C, pour ceux renfermant de 30 à 60 0/0 de manganèse; 4Fe3C,Mn3C pour les alliages contenant moins de 18 0/0 de manganèse. Behrens avait isolé d'un acier à 0,55 0/0 de carbone et 1,73 0/0 de manganèse une combinaison de formule Fe7Mn2C3. Gomme le font remarquer MM. Carnot et Goûtai, cette formule n'est pas éloignée de celle qu'ils ont été conduits à adopter, soit 4Fe*C,Mn3C.

Phosphore. — M. Stead a publié en 1900, dans Y Engineering %

un travail de la plus haute importance sur les états du phosphore dans les produits sidérurgiques. Nous y reviendrons à propos des alliages fer-phosphore.

Disons seulement que, -dans les produits sidérurgiques ordinaires, le phosphore est à l'état de phosphure de fer Fe3P dissous dans le fer.

Soufre. — Le soufre se trouve dans les aciers et fontes à l'état de sulfure de manganèse, MnS. Ceci découle d'impor^tants travaux de MM. Carnot et Goûtai et de MM. Le Chatelier et Ziégler. Ces deux derniers savants, dans une étude extrêmement complète [Bulletin de la Société d'Encouragement, 30 septembre 1902), ont montré que le sulfure de manganèse fond à une température très élevée et possède une insolubilité remarquable dans le manganèse.

Dans ces conditions, le manganèse entraîne avec lui tout le soufre et l'isole ainsi du métal fondu.

Dureté. — Les expériences faites par M. Bénédicks sur la dureté des aciers au moyen de la méthode de Brinell ont montré que la dureté est sensiblement constante jusqu'à la teneur en C de 0,6 0/0. Les variations étaient comprises entre 130 et 170 (diamètre de la bille = 5 millimètres, pression = 500 kilogrammes). Mais, à partir de 0,6 0/0 de carbone, elles croissaient très rapidement pour atteindre une valeur de 340 pour une teneur en carbone de 1,1 et restaient sensiblement constantes après.

D'ailleurs, les résultats déjà publiés par M. Brinell et par M. Dillner montrent bien une variation rapide de la dureté aux environs des teneurs en carbone de 0,5.

Ceci viendrait à l'appui de l'existence de la ferronite.

Comparaison entre les différentes méthodes d'étude des points de transformation des aciers. — Dans une note présentée, le 10 octobre 1904, à. l'Académie des Sciences, MM. Charpy et Grenet ont discuté ces méthodes. Voici le texte même de leur note :

« L'étude de la variation des différentes propriété s physiques des aciers, en fonction de la température, permet de constater les transformations que subissent ces métaux et de déterminer les températures auxquelles elles se produisent.

« Dans cet ordre d'idées, trois séries relativement étendues ont été effectuées, dans ces derniers temps, sur les aciers au carbone : M. Boudouard a étudié la résistance électrique ; M. Belloc, la thermo-électricité; MM. Charpy et Grenet, la dilatation.

« L'étude d'une propriété physique nous paraît nettement supérieure à la méthode dite pyrométrique, qui consiste à noter les dégagements ou absorptions de chaleur produits pendant le refroidissement ou réchauffement d'un métal, parce que le premier procédé permet d'opérer avec des vitesses faibles et même à température stationnaire, et parce qu'il permet de suivre, s'il y a lieu, les différentes phases d'une transformation, au lieu d'indiquer seulement une température critique de part et d'autre de laquelle il se produit une transformation.

« 11 nous a paru intéressant de comparer les trois méthodes rappelées plus haut et, pour donner plus de poids h cette comparaison, nous avons repris des mesures de dilatation sur quelques-uns des métaux mêmes qui avaient été employés par M. Belloe et M. Boudouard. M. Belloc a bien voulu nous communiquer ses échantillons; nous avions conservé, d'autre part, des fragments d'aciers préparés pour M. Boudouard. Les tableaux suivants donnent le résultat de cette comparaison; nous l'avons fait porter sur les essais h réchauffement parce que c'est dans ces conditions que les phénomènes de retard à la transformation ont le moins d'influence et que l'on a le moins à craindre l'influence de l'altération superficielle du métal.

1 TENEUR

USURES II liSISTIHCE tLECTUQIE