APPLICATIONS DE LA XOI DES PHASES
On se trouve en présence d'un système univariant.
Or l'état stable d'un mélange solide correspond à un système univariant.
C'est bien la loi que nous avons énoncée dans le premier chapitre en disant qu'un système univariant est en équilibre à une température déterminée pour une pression connue. Ici nous sommes à la pression atmosphérique.
M. Henry Le Chatelier a étudié spécialement h. ce point de vue les alliages îev-csiTbone {Comptes Rendus de r Académie des Sciences, 8 janvier 1900). Nous avons deux constituants, le fer et le carbone. Pour que nous nous trouvions en présence d'un état stable, il faut avoir deux phases qui pourront être formées soit par les constituants eux-mêmes, soit par des combinaisons de ces corps. M. H. Le Chatelier suit le mélange depuis son état fondu jusqu'à la température ordinaire.
1* Fonte liquide : une phase, le système est alors divariant (en effet, on a : V =2 + 1 — 1 = 2); la composition du liquide est indépendante de la température.
Z* Fonte liquide et graphite: deux phases, système monovariant. La composition du liquide est absolument déterminée pour chaque température ; c'est uiïe solution saturée.
3° Fonte liquide, graphite, solution solide de carbone : trois phases, système invariant. Pour une pression déterminée, il n'y a qu'une température pour laquelle un tel système peut être en équilibre, et alors la composition des phases est parfaitement déterminée. La température est 1150° environ; la fonte est à 3 0/0 de carbone; la solution solide contient 1,5 0/0 de carbone.
4* Graphite, solution solide de carbone : deux phases, système univariant. La composition de la solution solide est entièrement déterminée pour chaque température ; ce peut être de l'austenite, de la martensite ou de la troostite. C'est toujours une solution saturée.
5° Graphite, solution solide de carbone^ fer pur : trois phases, système invariant ; l'équilibre d'un tel système ne peut exister que pour une température (700* environ) et pourunecomposi-
tion déterminées de la solution solide de carbone (0,5 0/0 de carbone environ).
6* Graphite et fer pur : deux phases, système monovariant ; la température varie, sans modifier Tétat du système.
Mais, comme le fait remarquer M. H. Le Chatelier (/oc. ci7.), la fonte est généralement refroidie assez rapidement, et elle est constituée de fer, graphite et cémentite. Nous avons donc trois phases ; nous sommesdonc en présence d'un état instable ; en effet, un recuit fait disparaître la cémentite. Et M. Le Chatelier ajoute :
« Les deux principales causes qui donnent naissance à ces systèmes instables sont d'abord les refroidissements trop rapides, comme dans le cas de la fonte ; et en second lieu la consolidation successive des différents éléments cristallisés en couches concentriques qui amènent Tisolement complet de certaines parties.
« C'est ainsi que, dans les alliages de cuivre et, de cadmium, on observe souvent trois phases : le cuivre, le cadmium et une combinaison de ces deux métaux. Le cuivre, qui s'est déposé en premier, ne subsiste que parce qu'il est enveloppé par la combinaison définie et ainsi isolé du cadmium avec lequel il aurait dû finalement se combiner.
« Une particularité importante de ces alliages instables est de présenter une constitution et, par suite, des propriétés extrêmement variables avec les conditions de travail qui sont intervenues dans leur préparation. »
Comme second exemple d'application de la loi des phases, nous donnerons une partie du diagramme établi par Roozeboom qui, s'il est en certains points établi sur des bases un peu fragiles, peut, d'ores et déjà, sous certains rapports, servir de guide ; il sera, d'ailleurs, croyons-nous, complété d'ici peu par des expériences extrêmement précises.
Mais, ne pouvant reproduire ici le diagramme entier (se reporter au mémoire original : Bulletin de la Société (T Encouragement pour r Industrie nationale)^ nous étudierons seulement ce qui se passe dans les aciers contenant moins de 0,850 de carbone à partir de leur solidification. Nous avons déjà
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établi les grandes lignes de cette intéressante application de la loi des phases dans le chapitre III. Toutefois, il nous semble nécessaire d'y revenir ici en détails.
Commençons par considérer du fer pur. Nous savons que, d'après M. Osmond, le fer est susceptible d'exister sous trois états :
Au-dessus de la température de 860**, il est à l'état y ;
Entre 860 et 750% il est à l'état g ;
Et au-dessous de 750«, il est à l'état a.
Prenons deux axes de coordonnées ; sur l'axe des x portons les teneurs en carbone et sur l'axe des y, les températures. Si nous considérons du fer pur (axe des y), nous devons y noter ces deux points intéressants : 860"* B et 750* A. Au-dessus de B (860^), le fer sera à l'état y ; entre A (750°) et B, h l'état 0; et au-dessous à l'état a.
Voyons maintenant ce que deviennent ces points lorsque nous ajoutons au fer un peu de carbone, 0,150 par exemple.
Reportons-nous aux courbes de refroidissement ; on sait que l'addition de 0,150 0/0 de carbone a pour effet d'abaisser la température de transformation du fer g en fer y; la température de transformation du fer p en fer a est la même que dans le fer pur. Considérons l'alliage à 0,150 de carbone à partir de son point de solidification ; soit b le point de transformation du fer 3 en fer v, lequel est un peu au-dessous de 6, tant que la température sera supérieure à 6 on aura les cristaux mixtes : fer Y et carbone.
Mais qu'arrivera-t-il lorsqu'on atteindra la température 6?
Le fer y se transformé en fer p, or le fer g ne dissout pas le carbone.
Donc, il va, de la solution carbone-fer y, se séparer du fer g et, partant, la solution carbone-fer y va s'enrichir en carbone. La température continuant à s'abaisser, le fer g va se séparer graduellement, et cela tant que la température sera comprise entre les points b et a, le point a étant, pour l'alliage à 0,1000/0 de carbone, le point de transformation du fer g en fer y-
M. Roozeboom a supposé que la ligne figurative donnant les
Tcmfénrtuns
points de tranformation du fer g en fer y> en fonction de la teneur en carbone, était une ligne droite. On sait que ce point de transrormation (A3 de la notation de M. Osmond) disparait ou, du moins, n'est plus isolé lorsque la teneur en carbone atteint 0,3500/0, et jus que-là le point de transformation du fer 3 en fer y (A2de M. Osmond) se maintient constant, quelle que soit la température. En élevant par le point 0,350 0/0 carbone une verticale qui coupe Thorizontale menée par le point A en C, on détermine la ligne droite BC, lieu des points de transformation A3 ; AC est le lieu des points ■ de transformation A2.
Revenons à Talliage 0,100 de carbone et demandons-nous quelle sera sa constitution au moment où la température sera
intermédiaire à celles des points b et a. Supposons que son état intermédiaire soit représenté par le point rf. Nous avons à ce momentlà du fer p et des cristaux mixtes dont la teneur en carbone correspondra au point figuratif e et la proportion de fer g et de cristaux mixtes sera dans le rapport de de à df, les points e et /étant obtenus par la rencontre de Thorizontale d avec la droite BC et Taxe oy.
Si Ton arrive à Thorizontaie AC, c'est-à-dire à la température de 750"*, les cristaux mixtes renfermeront 0,350 de car-
100 2 bone et la proportion de ces cristaux mixtes sera de ^' ^^ =-
pour
= s de fer 3.
Plus la teneur en carbone se rapproche de 0,350, plus faible est la proportion de fer g qui se sépare. A 750% tout le fer ^ qui existe se transforme en fer a ; en effet, si le fer g ne dis-
