Le fer n° ! n'existe pas

" Il donne :

AO/0 12 à 15

Fer n° 5 : fer de forge, qualité supérieure de la Marine, 2e catégorie des Compagnies de chemins de fer. Il donne :

Il 38 à 39

Fer n° 6 : il est nerveux ou à grains, lro catégorie des Compagnies de chemin de fer.

Il donne :

quand il est k grains ;

quand il est nerveux.

On a :

Les aciéries distinguent six classes d'acier qui varient un peu suivant les usines. Ce sont avec leurs emplois : 1° Les aciers extra-doux, qui donnent :

R 32 à 38 kilogrammes

A 0 0 34 à 28 environ

Teneur en carbone : 0,050 à 0,150.

Applications : pièces pour cémentation, pièces de forge, rivets, boulons, éclisses, pointes, clous, tôles de dynamos, tôles et tubes de chaudière.

Remplace le fer de Suède et le fer puddlé dans un grand nombre de leurs applications.

2* Les aciers doux : ils donnent :

AO/0 28 à 25

Teneur en carbone : 0,150 à 0,250.

Applications : acier de construction, profilés, fers à planchers, tôles, etc.; aciers pour navires, pour ponts, rivels, boulons, tire-fonds, etc. . . .

3° Les aciers demi-doux : ils donnent :

Teneur en carbone : 0,250 à 0,400.

Applications : pièces de forge, pièces de machines (arbres, tiges de pistons), essieux de voitures, de locomotives, etc., petits rails, pièces d'acier moulé.

4° Les aciers demi-durs : ils donnent :

Teneur en carbone : 0,400 à 0,600.

Applications : moulages, essieux, arbres de transmission, tiges de pistons, glissières, socs de charrue, barres à mine, coutellerie ordinaire, pièces d'armes, ancien acier à canon1.

5Q Les aciers durs : ils donnent :

Teneur en carbone : 0,G00 à 0,700.

Applications : moulages 2, ressorts, rails, fils pour câbles, pièces d'armes, lames de papeteries, coins de carrier, masses

1. L'acier actuellement employé pour les canons est un acier au nickel dont nous parlons au chapitre suivant.

2. Pour les moulages d'acier, dont on trouvera plus loin un cahier des charges, on se sert d'aciers renfermant d'importantes quantités de silicium. Généralement on emploie des aciers a 0,600 0/0 C; 0,250 à 0,400 0/0 Si, et 0,550 à 0,100 Mn. Il doit être cependant bien entendu que Ton utilise fréquemment, pour les moulages, des aciers extra-doux.

et raassettes, coutellerie, marteaux, matrices, ressorts, ban* dages à grande résistance, barres à mines pour pierres tendres, éclisses, socs et versoirs, faucilles, outils divers, limes, etc.

6° Les aciers très durs : ils donnent :

Teneur en carbone : 0,700 à 0,80<).

Applications : outils, ressorts de très grande résistance, limes, scies, boulets pour broyeurs croisements de voies, pointes de cœur, fraises, coutellerie fine.

7° Les aciers extra-durs : ils donnent :

Teneur en carbone : supérieure à 0,800.

Applications : outils, broches de filatures, obus de rupture, cylindres de laminoirs, fils à câble de grande résistance, fleurets de mineurs.

Propriétés mécaniques des alliages fer-carbone. — Disons quelques mots des relations qui existent entre la composition chimique d'un acier et ses propriétés mécaniques. Ces relations découlent principalement de trois séries d'expériences qui ont été faites en vue de l'Exposition de 1878. Elles sont dues :

1* A la Compagnie de Terre-Noire (mémoire de M. Deshayes, Annales des Mines, 1879) ;

2° Aq professeur Bauschinger de Munich ;

3* Au Jernkontoret ou Comptoir des forgés de Suède.

Si Ton considère des aciers recuits, c'est-à-dire dans lesquels on a complètement détruit l'effet de Técrouissage, on observe que la charge de rupture et la limite classique croissent avec

la teneur en carbone, tandis que les allongements pour 100 et les strictions diminuent.

De plus, la limite élastique est sensiblement égale à la moitié de la résistance à la rupture :

Les résultats obtenus par M. Deshayes sont résumés dans le

euren.

0,1 0/2 0,3 om 0,5 qs 0,7 o,& 0,9 ojo carbone %

Fio. 55. — Diagramme de Deshayes.

diagramme ci-contre (fig. 55) qui, il faut bien le noter, n'a trait qu'à des aciers théoriquement purs.

D'autre part, M. Deshayes a cherché à traduire les résultats par une formule empirique :

C représentant la teneur en carbone pour 100 Mn — — en manganèse —

Ph — — en phosphore —

Si — — en silicium —

on aurait pour les faibles teneurs en manganèse, phosphore et silicium, c'est-à-dire pour les aciers au carbone ordinaires renfermant jusqu'à 1 0/0 de carbone :

R = 30 + 18C + 36C* + t8Mn + lOSi + l5Ph,

A 0/0 = 42 — 36C — 5,5Mn — 6Si

(sur barreaux de 100 millimètres entre coups de pointeau .

M. Osmond a proposé des formules distinctes pour les aciers Bessemer et Martin :

Acier Bessemer:

R = 26 + 60C + 23Mn + liSi + 65Ph.

Cette formule s'applique aux aciers de 55 à 90 kilogrammes de charge de rupture, notamment aux rails. Acier Martin :

R = 26 + 46,5C + 21Mn + USi + 65Ph.

Cette deuxième formule s'applique aux aciers dont la charge de rupture varie entre 35 et 65 kilogrammes.

Beaucoup d'autres formules ont été proposées, nous ne retiendrons que celles du baron Juptner. Il a trouvé :

o a~ , 200 n . 200 c. , 100 M R = 25 + — C + — Si + — Mn.

Influence des traitements. — Nous venons de parler d'aciers recuits. Si l'on compare ces résultats à ceux qui seraient obtenus sur les mêmes aciers bruts de laminage, on trouverait évidemment que ces derniers possèdent une charge de rupture plus élevée, des allongements moindres, cette transformation provenant de l'état d'écrouissage dans lequel se trouve le métal.

Donc, si Ton part d'un acier écroui, le recuit l'adoucit; c'est bien la règle que nou^ avons énoncée au début de ce livre. Si l'on prolonge le recuit et sfla température est assez élevée, il se produit un tout autre effet : le métal devient très cristallin , il ne possède aucun allongement et devient très fragile.

Il a été fait sur ce sujet des travaux de la plus haute importance, dans le détail desquels nous ne saurions entrer ici. Nous citerons particulièrement les recherches de Brinell, de Stansfield, etc.

Les expériences faites ont eu pour but de définir l'influence

des différents recuits et de chercher le traitement pouvant régénérer l'acier altéré.

Voici ce que dit Stansfield (Iron and Steel Inslitute, septembre 1903 ; Revue de Métallurgie, février 1904) :

« L'acier chauffé à des températures notablement supérieures au point de recalescence devient fragile par le fait de deux phénomènes différents qui se superposent : d'une part, les grains augmentent dans le métal surchauffé, mais par un chauffage ultérieur à une température peu supérieure à celle du point de recalescence, on peut restaurer la qualité première de l'acier. Mais, d'un côté, un chauffage plus prolongé à une température plus élevée entraîne une altération du métal, qui ne peut plus être effacée par le même procédé. Ce métal est alors brûlé. >>

Pour séparer ces deux phénomènes, M. Stansfield a eu soin, dans un certain nombre de ses expériences, de réchauffer le métal de façon à détruire l'effet du réchauffage et à ne conserver que l'altération du métal brûlé.

Pour que le métal soit brûlé, il semble, d'après les expériences de M. Stansfield, que la température de chauffage doive être supérieure à la température de fin de solidification de l'eutectique et que la vitesse de refroidissement soit assez grande pour que le carbone de la partie liquide ne puisse pas se diffuser pendant la solidification dans les cristaux solides.

II en découlera que l'acier ne sera pas homogène, mais renfermera des grains cristallins moins riches que l'acier initial, séparés l'un de l'autre par des couches d'acier plus carburé.

Les surfaces seront plus fragiles et donneront au morceau d'acier une fragilité d'ensemble très considérable.

Si la brûlure de l'acier ne consistait que dans la ségrégation du carbone dans les joints inlercristallins, un recuit prolongé ramènerait probablement la ductilité de l'acier en occasionnant une répartition uniforme, du carbone dans la masse. Pour que le phénomène soit aussi rapide que possible, il faut recuire à haute température.

Le mot brûlure, employé d'ailleurs souvent à tort dans l'industrie même pour désigner simplement des aciers surchauffés,

signifie donc fusion partielle de l'acier. Il est juste d'ajouter que cette fusion est souvent accompagnée d'oxydation : en effet la fusion partielle facilite le dégagement des gaz qui donne lieu à des vides et à des soufflures dans la partie liquide et même à des fentes qui offrent une grande facilité de pénétration à l'oxygène.

Dans le recuit prolongé d'un acier, il faut donc distinguer avec M. Stansfield deux phases :

1° Surchauffage;

2° Fusion partielle appelée ordinairement brûlure.

Celle-ci peut présenter trois caractéristiques :

a) Cette fusion produit simplement la ségrégation du carbone dans les joints ;

h) Cette fusion est accompagnée de liquation et produit des défectuosités ;

r) Cette fusion a lieu avec liquation profonde et oxydation dans les défectuosités.

Des expériences faites par M. Stansfield on doit conclure que :

1* L'acier qui a été simplement surchauffé peut êlre complètement régénéré par le chauffage juste au-dessus de son point de recalescence et refroidi ensuite ;

2° L'acier dans la phase a peut être régénéré par un recuit approprié (à température élevée, suivi d'un réchauffage au point de recalescence pour détruire le surchauffage). Dans la phase 6, il faut avoir recours au forgeage; et, dans la phase cy la régénéral ion, si elle est possible, se fera avec une grande difficulté.

L'influence de la trempe sur les aciers est très différente suivant la teneur en carbone. Nous avons vu que l'influence dune trempe faite à bonne température avait pour effet d'amener le carbure de fer à l'élat de solution, de créer le constituant nommé martensite, qui n'est d'ailleurs pas un «oraposé défini.

Lorsque l'acier contient très peu de carbone, la trempe est presque sans action.

Lorsque la teneur en carbone devient assez grande (aux environs de 0,300 0/0), la charge de rupture, la limite élastique et la dureté augmentent considérablement par trempe, tandis que les allongements, la fragilité et les strictions diminuent. On admet souvent que Ton a la relation suivante, dans laquelle R, représente la charge de rupture du métal après trempe, R,. la charge de rupture du même métal après recuit :

R, = Rr -f 0,92 (Rr — 32).

On voit que, si Rr -— 32 (fer), on a :

Il est de toute évidence que cette loi n'est que fort approximative.

Le revenu, c'est-à-dire le recuit après trempe fait à température inférieure au point de recalescence, a pour effet de diminuer l'effet de la trempe, et cela d autant plus qu'il a lieu à une température plus rapprochée du point de recalescence. Il a, de plus, au point de vue industriel, le très grand avantage de faire presque complètement disparaître les tensions internes développées dans la trempe, lesquelles peuvent amener des ruptures subites.