I. Influence de la GHALEUR. — Températures éle

vée8« — Le chauffage a pour effet d'augmenter la plasticité des métaux jusqu'à une certaine température au-delà de laquelle elle tend rapidement vers zéro.

A partir d'un maximum plus ou moins rapproché du point de fusion, le métal devient fragile en prenant une structure particulière à grains gros et brillants ou même à larges lamelles qu'on désigne sous le nom de structure de métal briUé ; c'est ainsi que vers 200^ le zinc devient assez cassant

190 INTàODCICTION A L'ÉTUDE DES MÉTAUX '

pour être pulvérisé, que le cadmium et Télain deviennent d'une fragilité extrême, un peu avant leur température de fusion. La structure du métal brûlé est d'ailleurs facilitée par la présence de certains corps étrangers: c'est ainsi que l'acier et certains alliages de fer deviennent plus facilement brûlés que le fer.

Un métal brûlé n'a donc pas nécessairement absorbé de l'oxygène comme on l'admettait avant les recherches du colonel Garon ; un métal surchauffé dans une atmosphère oxydante, inerte ou réductrice, et refroidi à l'air, présente, dans sa cassure, la structure de métal brûlé ; il supporte mal les déformations mécaniques sous la presse, le marteau et le laminoir, il est fragile, aussi bien à froid qu'à chaud, mais il peut être régénéré par un réchauffage suivi d'un refroidissement rapide. Un métal brûlé est celui dont la constitution moléculaire a été modifiée par un surchauffage de manière à le rendre fragile, aussi bien à froid qu'à chaud.

Un chauffage ou un refroidissement trop rapide qui dilate ou qui contracte inégalement les différentes parties d'un bloc de métal, peut y déterminer des cassures intérieures le plus souvent non apparentes, auxquelles on donne le nom de tapures ; le chauffage peut aussi rendre visibles des petites fentes ou criques, qui deviennent des craquelures quand elles se multiplient dans plusieurs directions, et des crevasses quand elles s'agrandissent. Ces défauts naissent au retrait pendant le refroidissement dans les blocs de métal coulé ; s'ils apparaissent au travail de déformation à chaud par la presse, le marteau ou le laminoir, ils sont l'indice d'un métal brûlé.

Températures basses. — Si le surchauffage modifle les propriétés des métaux, un abaissement de température au-dessous de certaines limites détermine aussi des modifications dans les propriétés du métal, en dehors bien entendu des changements allotropiques, tels que celui que présente l'étain, par exemple. L'influence du froid reste très faible quand le métal est soumis à des efforts lents, tels que les essais de traction, mais elle devient très considérable en présence de chocs et d'efforts rapides. Dans ce cas la fragilité s'accroît à mesure que la température baisse; aussi dans

les pays froids le matériel des chemins de fer est-il sujet à des ruptures fréquentes dues à l'accroissement de la fragilité des fers et des aciers sous l'action des basses températures ; c'est pour cette raison qu'en Russie, par exemple, on impose pour la réception des rails des essais à — 15o et même audessous.

Pour le fer malléable, la résistance va en décroissant depuis — 80° jusqu'à 100«, au-delà de ce point elle croît jusque vers 300<» pour diminuer ensuite de plus en plus; il convient de remarquer qu'aux températures où la résistance est la plus grande, le métal est cassant, et plus sensible au choc. Le fer soudé et le fer fondu se comportent à peu près de la même manière; quant à la fonte, sa fragilité augmente aux basses températures, mais lorsqu'on la chauffe, sa résistance diminue moins que pour le fer malléable, jusqu'au rouge au moins. Avec les autres métaux on observe toujours une diminution de résistance à mesure que la température croit à partir de zéro.

Le froid augmente la résistance à la traction des métaux essayes sous la forme de fils ; l'accroissement de ténacité, qui dépasse cent pour cent avec le fer, n'est que de 26 Vo avec l'argent, et après un réchauffement à + 15% les éprouvettes d'essai qui avaient été refroidies à — 182°, n'ont rien conservé de leur augmentation de résistance à la traction. Sous l'action du froid la résistance de barreaux d'étain et de plomb peut devenir double et triple de ce qu'elle esta la température ordinaire, mais tandis que ces deux métaux présentent vers 15° des allongements à peu près identiques, leur ductilité devient si différente à — 182° que tandis que le plomb ne perd à peu près rien de la sienne, Tétain au contraire se rompt presque sans allongement. A — 182°, la ténacité du mercure est à peu près la moitié de celle du plomb à + 15°. Quant au zinc, au bismuth, à l'antimoine, ils se conduisent d'une autre manière, le froid produit chez eux une diminution de résistance à la traction, qui peut aller jusqu'à la moitié de sa valeur à + 15,

el qui peut tenir à la nature franchement cristallisée de ces

corps.

L'élasticité des métaux, examinée par des essais au choc.

192 INTBODUCTION A l'ÉTUDE DE8 MÉTAUX

en laissant tomber sur une plaque massive de fer des échantillons sphériques des corps soumis à Tépreuve, est toujours augmentée par rabaissement de la température.

— La trempe consiste à faire passer plus ou moins vite un métal, d'une température déterminée à une température inférieure en le plongeant dans un bain fluide: ses effets varient principalement avec la nature du métal, avec la différence de température du bain de trempe et de la pièce trempée, avec la conductibilité calorifique, et la chaleur spécifique du bain de trempe, c'est-à-dire avec les facteurs de la vitesse de refroidissement. La trempe se fait dans Tacide carbonique liquide, dans Teau à diverses températures, dans l'huile, le suif, la glycérine, dans les alliages fusibles, le ^ mercure, l'air, etc.

La trempe ne durcit pas nécessairement le métal trempé ; il convient de distinguer les trempes positives et les trempes négatives. Les premières ont pour effet de durcir le métal, et c'est à elles exclusivement que s'applique l'expression pretic/re la trempe ; elles déterminent toujours dans le métal des tensions intérieures qui ont pour effet d'en augmenter la fragilité. Les secondes n'augmentent pas la dureté de la pièce trempée.

Les effets de la trempe sont détruits par le revenu ; on appelle de ce nom un réchauffage à une température non lumineuse suivi d'un refroidissement plus ou moins rapide, qui fait disparaître les* tensions locales occasionnées par la trempe ; on fait revenir au suif fondant, au bois brûlant, aux températures de fusion du bismuth, du plomb, du zinc, de divers alliages, etc.

II. Influence du travail mécanique de déformation. — Lorsqu'un métal a été soumis au travail du laminoir, delà Qlière. du marteau, etc., il a souvent des propriétés fort différentes de celles qu'il possédait avant le travail, il est écroui.

Uécrouissage est la modification de structure d'un métal qui a subi une déformation permanente au-dessous d'une température particulière (la température de recuit) et se manifeste par une plasticité plus petite ; l'écrouis^age qui

augmente la fragilité, augmente aussi la dureté ; le métal écroui perd de l'allongement, mais il acquiert une limite d'élasticité plus élevée qui, suivant les métaux et le degré d'écrouissage, tend vers la charge de rupture. Vécrouissage se confond avec la dureté à la traction et ce sont les lois de cette dernière que M. Faurie à déterminées comme lois de Técrouissage.

En appelant F la force par millimètre carré de la section actuelle qui produit sur la longueur L du barreau d'épreuve, un allongement permanent / ; R la force par millimètre carré de section primitive pour laquelle les déformations permanentes commencent à se produire ; K et a deux constantes dépendant de la nature du métal qui doit être à Télal de recuit complet, la différence F — R est ce qu'on appelle Vécroumage et elle est exprimée par la formule :

F-R = K— i— . ou:F = R + K-^. (1)

Soit $ la section actuelle alors que l'allongement permanent est /, et S la section primitive ; la densité du métal pouvant être regardée comme constante pendant le travail, on a : « (L + /) = SL.

Multiplions par s les deux membres de (1), remplaçons

SL « par sa valeur s = t-t^j ^' divisons tous les termes par S ;

Fs nous aurons, en posant^ =

S (2) ç = J*iL+K ^'

l'expression (2) fait connaître à chaque instant la charge, c'est-à-dire les efforts rapportés à l'unité de section primitive en fonction des allongements permanents. En construisant pratiquement les courbes des efforts en fonction des déformations permanentes, on vérifie aisément que (1) représente la loi de l'écrouissage tandis que (2) représente celle des dèlormations permanentes .

Pour les cuivres du Chili, R étant égal à 5,

on a : K = 200 ; a = 5

Pour les cuivres de Rio, R étant égal à 5 :

on a : K = 200 ; a = 4,5

Recuit. Ses lois. — Les effets de Técrouissage sont détruits par le recuit, et celui-ci est soumis à des lois qui ont été énoncées par M. Â. Le Cbâtelier. Ce savant les a établies en chauffant à des températures et pendant des temps variables, des fils métalliques écrouis par une série de passages à. la filière, et les essayant à la traction après le refroidissement ; ses expériences l'ont conduit aux résultats ci-dessous :

l*" à une même température la valeur de l'écrouissage (défini par la limite élastique du métal, et sa résistance à la rupture mesurées à la température ordinaire) va constamment en décroissant sous Tinfluence du recuit, en tendant vers une valeur limite déterminée, avec une vitesse qui peut être très grande au début du recuit et devenir de plus en plus faible à mesure qu'elle se rapproche de sa limite.

2^ la valeur limite de l'écrouissage, après un recuit prolongé à une température donnée, est d'autant plus faible que cette température est plus élevée.

On a trouvé par exemple pour un fil de cuivre écroui chez lequel l'effort limite d'élasticité L, et l'effort de rupture R mesurés à froid et rapportés à l"""" de section initiale du fil étaient : L = 42 kilog. ; R = 43 kilog.

Durée du recuit. L à 300" R L h 350* R Là 430* R

12 min. . .

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