CHAPITRE XIII

§ 189. — Alliages des rouleaux et grattoirs pour impressions d'indiennes. — Le métal requis doit être suffisamment mou pour être travaillé par les outils, et assez dur pour résister à l'usure; déplus, il doit pouvoir résister à l'action corrosive des liquides avec lesquels il est en contact.

Hauvel- recommande un bronze de la composition suivante : cuivre, 84 ; élain, 14 ; zinc, 2. Un autre alliage contient 78,5 de zinc, 13,8 d'étain et 5,6 de cuivre. Les analyses suivantes, faites par Dépierre et Spiral, se rapportent aux grattoirs employés pour enlever l'excès de couleur sur les rouleaux :

Cuivre Zinc Elain

Grattoirs français. . . 78,75 12,50 8,75 » anglais. . . 80,50 11,50 8,00 » allemands . 85,30 9,80 4,90

La Société Industrielle de Mulhouse, il y a quelques années, a institué un prix pour récompenser l'inventeur du meilleur alliage. Ce métal doit posséder en même temps l'élasticité et la ténacité, la dureté et la flexibilité, sans être sensiblement attaqué par les produits chimiques employés dans l'impression. MM. Dépierre et Spiral classent les alliages pour gi'attoirs en trois groupes : 1° cuivre, avec 93 à 100 0/0 de cuivre ; 2° laiton, avec environ 60 0/0 de cuivre et 40 de zinc ; 3° laiton contenant des proportions notables de plomb et d'é-

IIIORNS 25

ALLIAGES METALLIQUES

tain. Le tableau suivant donne les propriétés physiques des alliages examinés par ces expérimentateurs :

Tableau [

Couleur.

Densité.

Grain.

Dureté.

Remarques.

Ronge.

Grossier.

Dur.

id.

Fin.

id.

id.

Grossier.

Très mou.

id.

Très fin.

Moyen.

Jaune.

Grossier.

Dur.

Soufflures.

id.

Très fin, homogène.

id.

id.

Fin, pas homogène.

Très sec.

Rouge.

Très fin.

Dur.

Brûlé.

id.

Grossier.

Mou.

Bon pour im- Oression.

Jaune.

Très fin.

Dur.

Très inégal.

Grossier, homogène.

id.

id.

Fin, pas très homogène.

Très sec.

Beaucoup de soufflures.

Rouge.

Très bon.

id

Fin.

Dur.

Mauvais.

Jaune.

id.

id.

Très bon.

id.

id.

id.

Soufflures.

id.

Fin, homogène.

id.

Très mauvais.

Rouge.

Fin.

id.

Bon.

id.

Jaune.

Grossier, pas très homogène.

Mou.

id.

Fin, homogène.

Dur.

id.

Moyen.

Mou.

Rouge.

Fin.

Dur.

Jaune.

Jaune- grisâtre.

Attaqué par les couleurs.

Le tableau suivant donne la composition des alliages dont les propriétés sont rapportées dans le tableau I :

Tableau II

Numéros

des

Cuivre

Etain

Plomb

Zinc

Remarques

échantillons

Un peu d'aluminium.

Un peu d'aluminium et de soufre.

Un peu d'aluminium et

de soufre.

Un peu d'aluminium et

de soufre.

Un peu d'aluminium et de soufre.

Tous contiennent des

traces d'arsenic.

in

bD

Oulre le cuivre, on peut employer spécialement les alliages contenant 2S à 30 0/0 de zinc et 70 à 75 0/0 de cuivre pour les rouleaux. Une teneur en plomb, même aussi petite que 0,5 0/0, exerce une mauvaise influence, et les échantillons contenant du plomb ont présenté des soufflures. MM. Dépierre et Spiral pensent que les rouleaux de cuivre contenant 1 à 2 0/0 de phosphore donneraient d'excellents résultats, à tous les points de vue : résistance aux agents chimiques, dureté, finesse de grain, homogénéité, durée. Une addition

ALLIAGES METALLIQUES

de 1 0/0 de phosphore est aussi recommandée pour les variétés de laiton contenant 30 à 33 0/0 de zinc.

§ 190. — Alliar/es dits non oxydables. — L'alliage de Lemarquand contiendrait 73 de cuivre, 14 de nickel, 13 de cobalt, 18 d'étain et 72 de zinc ; les métaux doivent être purs. L'alliage de Marlie consiste en 10 de fer, 35 do nickel, 23 de laiton, 20 d'élain et 10 de zinc. Les objets préparés avec cet alliage sont chauffés et plongés dans un mélange de 60 parties d'acide sulfurique, 10 d'acide nitrique, 3 d'acide chlorhydrique et 25 d'eau.

Un alliage employé à la place de l'or et censé inoxydable, a été analysé par l'auteur ; il contient 94,8 de cuivre, 2.8 de zinc, 0,67 de plomb et 1,34 de fer. L'inventeur recommande de plonger les objets dans l'acide nitrique dilué, de les laver et sécher, puis de polir; il estime qu'ils gardent leur couleur pendant longtemps.

Un nouvel alliage a été préparé par M. Reith de Bockeuheim (Allemagne) ; il résisterait pratiquement à l'action delà plupart des solutions acides et alcalines. Il contient: 74,5 de cuivre, 11,6 d'étain, 9 de plomb et 4,9 d'antimoine. Cet alliage est donc un bronze avec addition de plomb et d'antimoine. L'inventeur estime qu'il peut avantageusement remplacer dans les laboratoires les vases d'ébonite, de caoutchouc ou de porcelaine.

§ 191. — Amalgames pour argenter les globes de verre.

Plomb Étaia Bismuth Mercure

Le plomb et l'étain sont fondus d'abord, puis on ajoute le bismuth. On enlève l'écume, et on met le mercure en agitant bien. Des feuilles de métal hollandais sont quelquefois ajoutées suivant la couleur que l'on désire donner aux globes.

§ 192- — Alliage de Gersnein. — Il est destiné à faire un mastic mou pour unir le verre, la terre, etc. Il devient si dur qu'il peut être poli comme l'argent. 23 à 30 parties de cuivre précipité sont broyées avec de l'acide sulfurique dans un mortier de porcelaine, puis on ajoute graduellement 65 à 70 parties de mercure. Lorsque le cuivre est amalgamé, il est bien lavé à l'eau bouillante. Si on désire l'employer comme mastic, on le rend mou et plastique en le chaulîantà375*C. environ et le broyant dans un mortier jusqu'à ce qu'il soit mou. Il est insoluble dans les acides faibles, l'alcool, l'éther, l'eau bouillante. Il a été aussi employé par les dentistes.

§ 193. — Sidéraphite. — Un nouvel alliage, qui ressemble à l'argent, très ductile et malléable, est composé de 63 parties de fer, 23 de nickel, 4 de tungstène. 5 d'aluminium, 5 de cuivre. Le fer et le tungstène sont fondus ensemble, puis granulés ; l'eau dans laquelle est versé le mélange doit contenir 100 gr. de chaux éteinte et 100 gr. de potasse par litre. Le produit formé par la fusion du nickel, du cuivre et de l'aluminium est aussi granulé dans de l'eau contenant la même proportion de chaux et de potasse ; pendant la fusion, les métaux dans les deux creusets doivent être gardés couverts avec un flux de 2 parties de borax et 2 de salpêtre. Un morceau de soude ou d'alcali pesant environ la 1/2300° partie de la masse totale est mis dans le creuset contenant le cuivre, le nickel et l'aluminium, afin de prévenir l'oxydation de ce dernier ; pour prévenir également une semblable oxydation du cuivre, on met un petit morceau de charbon de bois. Pendant la granulation, il est convenable de bien agiter le contenu des deux creusets. Les métaux granulés sont séchés, fondus dans les proportions données ci-dessus, bien agités, puis coulés en barres. Le nouvel alliage, que l'on appelle sidéraphite, est dit avoir l'apparence de l'argent ou du pla-

390 ALLIAGES METALLIQUES

tine, et ne pas être plus cher que le métal blanc ordinaire. Il résiste à l'action de l'acide sulfurique, n'est pas attaqué par les acides organiques, l'est 1res légèrement par les acides inorganiques.

§ 194. — Alliages pour horlogerie. — L'alliage suivant, convenable pour les douilles des pivots des montres, fut inventé par M. Bennett. Il contient 31 parties d'or, 19 d'argent, 39 de cuivre et H de palladium. Cet alliage fond à une température plus basse que l'or ; il est plus dur que le fer martelé. Il a une couleur brun-rougoâtre ; le grain est aussi fin que celui de l'acier; il se travaille aussi aisément que le laiton; mais le frottement est beaucoup plus faible que sur les pivots ordinaires. Ce qui lui donne sa principale valeur, c'est que l'huile qu'il absorbe n'est pas décomposée ; elle reste pure, à l'état fluide. Il a encore de plus grands avantages sur les douilles de pierres fines, car il ne se rompt pas facilemonl ; il est susceptible d'un beau poli et est moins coûteux.

Pour les autres alliages divers, voir p. 333.

RÉSUMÉ DES RECHERCHES SE RAPPORTANT AUX ALLIAGES FAITES DEPUIS l'aNNÉE 1890.

§ 195. — Les alliages métalliques occupent dans l'industrie une place très importante ; presque toujours, ils sont employés de préférence aux métaux purs en raison des qualités spéciales qu'ils possèdent. Mais comme le faisait remarquer M. H. Le Chatelier, dans \a Revue générale des Sciences pures et appliquées (^1), « tandis que les progrès faits par la chimie depuis le commencement de ce siècle ont donné à un grand nombre d'industries une impulsion toute nouvelle, l'industrie des alliages a échappé à ce mouvement; elle continue à progresser lentement par l'emploi de méthodes empiriques peu supérieures à celles qu'employaient nos ancêtres. Chaque progrès est le résultat de tâtonnements en nombre illimité que des notions scientifiques précises permettraient sinon de supprimer complètement, au moins de réduire dans une très large mesure. »

Depuis, des travaux très importants ont été faits sur cette question.

Le problème qui se pose dans l'étude scientilique des alliages aussi bien que dans leur étude industrielle est de rattacher leurs dilférentes propriétés aux causes immédiates dont elles dépendent, c'est-à-dire de trouver une relation entre la dureté, la malléabilité, la fusibilité, la conductibilité électri-

(1) Les alliages métalliques, 30 juin 1895, p. 529.

392 ALLIAGES METALLIQUES

que (les alliages, et certains.l'acteurs élémcntairesplus simples et plus généraux. Les deux facteurs élémentaires principaux sont :

V La constitution chimique, c'est-à-dire la nature et la proportion des métaux mêlés, la nature des combinaisons diverses et des mélanges isomorphes qu'ils forment, enfin l'état chimique de ces diverses matières: état cristallin ou amorphe avec leurs différentes variétés allotropiques.

2° La constitution physique ou structure, c'est-à-dire la forme et la dimension des divers cristaux, des diverses agglomérations élémentaires dont la réunion constitue la masse solide et compacte du métal. .

L'importance des travaux sur les alliages provoqués en premier lieu par le Comité des Mechanical Engineers n'a pas échappé aux savants et industriels français, et la Société d' encouragement pour l'industrie nationale, enjuillet 1893, a décidé d'organiser des recherches d'ensemble sur les alliages métalliques. Elle a confié la préparation du programme de ces recherches et le contrôle de leur réalisation à une commission composée de MM. Linder, président; Gailletet, Carnot, (^arpenlier, Hirsch, Le Chatelier, Sauvage, Schutzenberger, Vieille et VioUe.

Les recherches qu'il a paru utile d'entreprendre portent sur les sujets suivants :

Chimie des alliages. — Détermination et élude des combinaisons définies existant dans les alliages.

Propriétés mécaniques des alliages. — Résistance, dureté, fragilité, malléabilité. Effet de l'écrouissage, delà trempe, du recuit.

Propriétés électriques. — Conductibilité électrique et force électro-motrice de dissolution.

Fusibilité des alliages.

Effets des impuretés sur les métaux et les alliages les plus usuels.

Propriétés magnétiques des alliages du fer [Etude visant spécialement la fabrication des aimants permanents) .

Un certain nombre de points de ce programme ont déjà été traités.

Avant d'indiquer les résultats obtenus depuis dix ans dans l'étude scientifique des alliages, j'exposerai les nouvelles méthodes d'investigation qui sont employées pour de semblables études.

Nous devons mentionner aussi l'apparition toute récente d'un nouveau périodique « The Metallographist ». sous la direction de M. Sauveur, dans lequel sont exposés tous les travaux concernant la métallurgie ; M. Sauveur s'est assuré le concours de savants spécialistes : MM. G. Gharpy, G. Guillemin, H. M. Horve, H. Le Chatelier, A. Martens, F. Osmond, W. G. Roberts-Austen, J. E. Stead, H. Wedding. Il termine ainsi l'article dans lequel il présente cette revue : « Si elle peut contribuer un peu à l'avancement de la métallurgie en diffusant des connaissances qui sont actuellement la propriété exclusive d'un petit nombre de spécialistes, aidant ainsi la métallurgie à se rapprocher le plus possible d'une science plus exacte d'où l'incertitude des méthodes et des résultats sera graduellement éliminée, l'éditeur sera largement payé de ses efforts. »

§ 196. — Métallographie microscopique. — Il y a longtemps que l'industrie sidérurgique se sert de l'examen à l'œil sur des cassures des fers ou aciers, comme d'une ressource précieuse pour guider les praticiens soit dans la conduite d'une fabrication, soit dans le classement des produits obtenus. Mais c'est à une époque relativement récente que l'étude microscopique de la structure des métaux et la représentation

394 ALLIAGES METALLIQUES

de leurs aspects par le dessin ou par la photographie ont acquis l'importance qu'elles possèdent aujourd'hui et sont devenues l'un des modes d'investigation qui préoccupent le plus les métallurgistes.

Les premiers travaux sur ce sujet remontent à 1864 et sont dus à un savant anglais, le D'Sorby, do Sheffield, qui préférait l'étude des coupes convenablement préparées à celle des cassures, qu'il considérait comme moins propres à renseigner sur la structure du métal. Mais ces remarquables recherches passèrent inaperçues .

En 1878, M. le professeur Martens, de Berlin, étudiait de préférence les lois générales de la rupture, les cassures, les soufflures et les cristallisations des métaux.

En 1880, M. Osmond, ingénieur au Creusot, commençait avec M. Werth des travaux microscopiques sur la structure cellulaire de l'acier fondu ; c'était là le début d'une longue série de travaux, qui ont presque uniquement porté sur les fers et les aciers divers (1). M. Osmond s'est placé dans les premiers rangs parmi les fondateurs et les propagateurs de la métallographie microscopique, et il y a acquis une autorité reconnue par tous les métallurgistes des divers pays. Depuis quelques années les études microscopiques sont poursuivies avec ardeur : MM. les professeurs Martens et Wedding à Berlin, M. le D'Sorby en Angleterre, MM. Lynvood Garrison et Dudley auxÉtats-Unis, M. Behrens aux Pays-Bas, MM. Osmond et Werth ensemble, M. Osmond seul, M. Guillemin en France, et d'autres encore, ont fait tellement progresser l'analyse micrographique des métaux qu'on doit maintenant la considérer comme un moyen d'investigation et de contrôle qu'il n'est plus permis aux industriels de négliger.

(1) Bull. Soc. Encour., mai 1895, p. 489 ; — août 1896, p. H36 (en commun avec M. Roberts-Austen) .

Étant donnée l'importance de la question, tant au point de vue théorique que pratique, nous indiquerons rapidement les procédés expérimentaux employés pour obtenir des échantillons métalliques convenables pour l'examen microscopique.

Si on laisse de côté l'étude des cassures, h laquelle on ne peut appliquer que de faibles grossissements, la première chose sera d'obtenir une coupe plane, et cette coupe plane obtenue, de la polir.

Il est impossible de s'adi'esser à un polisseur de profession si l'on veut avoir des surfaces parfaitement polies. Il faut opérer soi-mênie, car le polissage est un art dont la théorie n'est pas faite, et le succès dépend de causes nombreuses et de différences souvent très petites en apparence dans la qualité des matières à polir et dans la manière de s'en servir. Chacun a donc son apprentissage à faire.

Polissage. — La surface ayant été dégrossie à la lime, on la passe sur des papiers d'émeri de grosseurs différentes et décroissantes, en ayant soin de croiser les rayures à chaque changement de papier, pour voir si les rayures du papier précédent n'ont pas laissé quelques traces accidentellement plus profondes. Enfin, pour terminer le polissage, on prend un morceau de drap lin que l'on humecte d'eau et que l'on saupoudre de rouge d'Angleterre (oxyde de fer calciné provenant- de l'oxalate). On obtient ainsi une surface sensiblement spéculaire, même quand le métal n'est pas homogène ; mais cette surface n'apprend le plus souvent que la présence ou l'absence de scorie, de fentes ou de porosités. Pour arrivera la perfection, il faut polir sur un substralum qui soit assez élastique pour épouser les petites dénivellations au fur et à mesure qu'elles se produisent et assez délicat pour fouiller les plus fins détails. M. Osmond emploie le parchemin que l'on mouille et sur lequel on étend du rouge d'Angleterre ; puis on le porte

396 ALLIAGES METALLIQUES

SOUS un robinet à eau, et on lave en brossant de façon à ne garder de rouge que les parties les plus fines, celles qui ont pénétré dans les pores de la peau et s'y sont fixées. Gomme le l'ouge le plus fin est quelquefois encore un peu brutal, il peut être utile de continuer le polissage, toujours sur parchemin mouillé, avec le sulfate de chaux précipité.

Une deuxième opération consiste quelquefois à ajouter à l'action mécanique de la poudre à polir chimiquement inerte celle d'un réactif liquide, inerte par lui-même, mais dont l'activité est exaltée par le frottement. On obtient parfois ainsi des résultats singuliers (eau ammoniacale ; infusion de racine de réglisse connue sous le nom de coco).

La préparation d'un tel échantillon est assurément très fatigante et très longue ; aussi a-t-on quelque peu hésité, dans les débuts, à utiliser cette méthode d'investigation dans l'industrie. Mais, si l'on peut disposer d'un moteur mécanique, on a tout intérêt à s'en servir, et on peut alors obtenir en quelques minutes et sans fatigue une bonne préparation.

M. Le Chatelier recommande le mode opératoire suivant, beaucoup plus rapide, mais un peu moins parfait. Découper la pièce avec des meules d'émeri d'une épaisseur de 3 millimètres ; obtenir une surface plane avec des meules de corindon agglomérées avec du verre fondu ; commencer le polissage avec des feuilles d'émeri de grosseurs différentes et décroissantes collées sur des disques de bois, le tout fixé sur une machine au pied pouvant donner ISOO tours àla minute ; terminer sur des disques de feutre, ou de bois, recouverts de rouge d'Angleterre ou d'alumine calcinée.

Attaque. — Les réactifs utilisables varient suivant les alliages.

Pour les fers et aciers, M. Osmond préconise la teinture d'iode, etaccessoirement l'acide nilriqueplusoumoinsconcen-

Appendice 397

tré. La leinture d'iode des pharmacies est très convenable ; on l'applique à la touche et par additions successives à raison d'une goutte par centimètre carré de surface; on lave à l'alcool. Avec l'acide azotique, on lave à l'eau et à l'alcool. Dans les deux cas, on essuie avec un linge fin et sec. On supprime l'essuyage si l'on doit se servir d'un objectif à immersion.

Pour les laitons contenantmoinsdeoOO/Odezinc, M. Gharpy indique l'acide sulfurique dilué (1/40 d'acide sulfurique); pour le cuivre rouge, une solution d'ammoniaque qu'on laisse agir pendant deux heures; pour les alliages [tenant plus de 50 0/0 de zinc, une pile à potasse et à oxyde de cuivre ; pour l'aluminium, de la potasse ; pour le plomb, du sulfhydrate d'ammoniaque.

En général toute attaque rapide donne des résultats incertains; l'attaque électrolytique est lente, facile à régler et à appliquer dans des conditions toujours identiques.

M. H. Le Chatelier emploie le courant de la pile (1). Le problème posé à la métallographie microscopique comprenant deux parties distinctes : 1° la mise en évidence des surfaces de séparation des éléments différents ; 2° la mise en évidence des surfaces de séparation des cristaux de même espèce, M. Le Chatelier a donné les conditions qui lui paraissent les plus favorables pour obtenir une attaque régulière.

Pour répondre à la première partie du problème, il emploie l'action du courant électrique au sein de solutions conductrices sans action sur l'alliage (l'intensité variant de 1/1000 à 1/100 d'ampère parcmq. pendant! minute).

L'élément le plus altérable est seul attaqué ; sa surface devient mate, le restant de l'alliage restant poli. Les intensités très faibles sont recommandées et nécessaires pour les

(1) Bull. Soc. Encour., 1896, p. 559.

398 ALLIAGES METALLIQUES

alliages dont les éléments, ne présentent que des différences très faibles d'altérabilité.

Pour mettre en évidence les surfaces de séparation des cristaux de môme espèce, il faut une attaque plus énergique. Les meilleurs résultats s'obtiennent avec un courant d'un ampère par cmq., la solution étant, suivant les cas, du nitrate d'ammoniaque, du chlorure de sodium, ou mieux de Vhyposulfite de sodium.

Examen. — Les échantillons ainsi préparés peuvent alors être examinés au microscope.

- Primitivement, on employait V éclairage oblique, mais cela nécessite une attaque profonde si l'on veut voir quelque chose, et limite aux faibles grossissements.

Il est plus commode de se servir d'un éclairage vertical. On arrive à ce résultat en employant, soit un miroir à 45°, soit un prisme à réflexion totale.

Le miroir se trouve placé entre l'objet et robjectif,ou entre l'objectif et l'oculaire ; mais comme il y a beaucoup de perte de lumière, il faudra une source lumineuse extrêmement intense ; de plus, l'image se trouve noyée dans un éclairement général.

Le prisme à réflexion totale étant placé sur le côté du microscope, au-dessus de l'objectif, on obtient alors une image très lumineuse.

Le prisme est commandé par un système à crémaillère; la mise au point est quelquefois très longue. Pour obvier à cet inconvénient, M. Le Chatelier prend un prisme avec deux faces qui ramène lefaisceau incident tout près de l'arête ; il suffit alors de régler ce prisme une fois pour toutes. De plus, la face extérieure est concave, de façon à employer des rayons lumineux issus de loin et à obtenir l'image sur l'arête interne du prisme. Comme on ne peut pas éviter la lumière diffuse.

on la réduit au minimum en plaçant un diaphragme devant le prisme.

Tous ces dispositifs supposent que l'échantillon se trouve sous forme de plaquettes ; mais il arrive que ces échantillons ont des formes quelconques. Dans le modèle construit par M.Pellin sur les indications de M. Le Chatclier(l), le microscope est renversé, et l'objet se trouve placé en haut.

Au-dessous decetappareil, dans l'axe de l'objectif, se trouve une chambre photographique pour obtenir des reproductions. On obtient de petites photographies qu'il faut ensuite amplifier. On peut avoir du premier coup une photographie de grandeur donnée en faisant varier la longueur de la chambre noire (de 0 m. 30 à 1 m. 30) ; un dispositif spécial situé dans le corps du microscope permet alors d'effectuer la mise au point.

L'élude micrographique des métaux, comme toutes les études purement descriptives, exige une certaine éducation de Toeil, qui ne s'habitue pas de suite à voir dans un dessin complexe les particularités intéressantes. Il sera donc toujours très délicat de reproduire exactement par le dessin ce que l'on verra dans le microscope (2). On conçoit donc l'intérêt qu'il y a eu à appliquer la méthode photographique dans de semblables recherches ; et si les reproductions photographiques présentent, lorsqu'on arrive aux forts grossissements, de réelles difficultés que MM. Osmond et Guillemin sont cependant parvenus à vaincre, il n'en est pas de môme pour les faibles grossissements.

Pour l'examen micrographique, M. Stead (3) recommande, après avoir poli une surface, de courber l'échantillon par un

(1) Revue géne'rale des sciences, 1877, p. 43.

(2) H. Beiihens, Das mikroskopische Gefilf/e Jer Melalle und Legierungen.

(3) Bull. Soc. Encoui:, 1897. p. 700.

400 ALLIAGES METALLIQUES

procédé mécanique approprié de façon à produire une certaine déformation de la surface polie. L'examen des fissures qui se produisent alors permet de reconnaître ceux des éléments constitutifs qui sont une cause de faiblesse du métal et de préciser leur mode d'intervention. M. Stead a appliqué cette méthode aux alliages plomb-antimoine, étain- antimoine, étain-phosphore, et spécialement aux alliages étain-arsenic.

MM. Ewing et Rosenliain (1) ont étudié les effets des déformations par l'emploi de la micrométallurgie ; ilsontexaminé des surfaces polies de métaux étirés jusqu'à la rupture et photographié les aspects successifs que prenait, pendant cette opération, un groupe de cristaux bien définis (fer recuit et cuivre soumis à la traction d'une machine à essayer de SO tonnes, à la compression et à la torsion). La plasticité des métaux est due au glissement de leurs cristaux sur les plans de clivage ; chaque grain cristallin se déforme par des glissements successifs dans sa masse, qui se produisent dans au moins trois plans et permettent aux grains de se faire place mutuellement. C'est une action discontinue.

§ 197. — Chimie des alliages. — Wright a étudié les alliages formés par les métaux suivants: plomb, bismuth, zinc, aluminium, étain, argent, cuivre, cadmium,anti moine ; en se limitant à ces neuf métaux, le nombre des combinaisons possibles est très grand (302, dont 36 binaires, 80 tertiaires, 126 quaternaires, etc.) (2).

Les composés binaires et ternaires ont été étudiés au point de vue de la mélangeabilité des métaux constituants. En effet, la séparation spontanée des constituants d'un mélange liquide de différents métaux présente incontestablement une grande

(1) Bull. Soc. Encour., 1899, p. 893.

(2) Bull. Soc. Encour., mars 1895, p. 300 ; Journal of Ihe Soc. chem. Ind., 1890, p. 344 ; 1892, p. 245. 449, 492, 521 et 693 ; 1894, p. 1014.

imporltince pratique, parce qu'elle entraîne, quels que soient sa raison d'être et son processus, dans les alliages et les coulées de fonderie, des défauts d'homogénéité très graves, principalement pour les pièces qui doivent être travaillées mécaniquement.

D'après Wright, 31 composés binaires forment des alliages réels ou permanents en toutes proportions, lesSautresdonnent des alliages transitoires entre certaines limites de composition ; — 53 composés tertiaires forment des alliages réels ou permanents en toutes proportions, les 29 autres donnent des alliages transitoires entre certaines limites de composition, que l'on peut figurer géométriquement.

M. Laurie (1) a cherché à déterminer la constitution chimique des alliages en utilisant la mesure de la force électro-motrice qu'ils développent quand ils sont placés dans une solution conductrice, en regard de celui des métaux constituant l'alliage qui est le moins attaquable aux acides.

Si un alliage est constitué par la juxtaposition des cristaux de chacun des deux métaux alliés, la force électro-motrice doit être la môme que celle du métal le plus attaquable, autant du moins que la proportion de ce métal dans l'alliage ne sera pas trop faible.

S'il se forme une combinaison définie, cette force électromotrice deviendra égale à celle du métal lorsque la proportion de ce métal dans l'alliage sera supérieure à celle qui correspond à la combinaison définie.

Si les deux métaux donnant des mélanges homogènes de composition variable (dissolution, verres, mélanges isomorphes) , la force électro-motrice variera vraisemblablement d'une façon continue avec la composition de l'alliage.

(1) Journal de la Soc. chim. de Londres, 1888, p. 88 ; 1889, p. 617 ; 1894, p. 1030.

HlORNS

402 ALLIAGES METALLIQUES

Cette méthode, très simple en théorie, est d'une application pratique plus délicate (.1). Les expériences ont conduit M. Laurie à classer les alliages en trois catégories :

1" Alliages à force électro-motrice indépendante de la composition chimique :

Etain-bismuth.

Plomb-bismuth.

Etain-plomb.

Bismuth-or.

Argent-or.

2° Alliages à force électro-motrice variant d'une façon continue :

Plomb-étain.

Plomb-argent.

Plomb-or.

3° Alliages à force électro-motrice variant d'une façon discontinue :

Zinc-cuivre.

Etain-cuivi'e.

Elain-or.

La conductibilité électrique peut être aussi invoquée comme moyen d'investigation pour déterminer la constitution chimique des alliages ; 'aussi cette question a-t-elle été particulièrement étudiée en Angleterre (2). Etant données les trois hypothèses que l'on peut faire sur la constitution chimique des alliages, il doit vraisemblablement correspondre une loi définie de variation de la conductibilité électrique en fonction de la composition, de l'alliage.

(t) H. Le Chatelier, Bull. Soc. Encour., février 1896, p. 193.

(2) Calvekt, Philosophical Magazine, 1858, t. XVI, p. 545 ; Matthiessen, Trans. of the Royal Soc, 1860, vol. CL, p. 151 ; Lodge, Philosophical Magazine, 1819, t. VIII, p. 354 ; Robekts-Austen, Philosophical Magazine, 1879, t. VIII, p. 5CT ; Kamensky, Philosophical Magazine, 1883, t. XVII, p. 210.

APPENDICE va

Dans le premier cas (juxtaposition des cristaux), il semble que la conductibilité électrique de chaque alliage doive être la somme des conductibilités que présenteraient les métaux constituants pris isolément en quantité égale à celle qui entre dans l'alliage, c'est-à-dire que la courbe représentative en fonction de la composition de l'alliage sera une droite qui joint les conductibilités des métaux purs.

Dans le deuxième cas (combinaisons définies), la courbe sera une ligne brisée composée de deux segments réunissant la conductibilité de chacun des métaux purs à leur combinaison définie.

Dans le troisième cas, on aura une courbe continué reliant la conductibilité des deux métaux isolés.

Les expériences de Mattbiessen, les plus anciennes endateet les plus importantes, ont montré que la première de ces hypothèses se réalisait dans un certain nombre de cas (alliages deux à deux des métaux suivants : plomb, étain, cadmium, zinc).

Mais dans la plupart des alliages, on observe une allure non prévue à priori et non expliquée desjcourbes : la courbe, en partant de l'un on de l'autre des métaux purs, s'abaisse avec une rapidité énorme pour des teneurs faibles du métal opposé, même s'il est 1res conducteur, tels sont les alliages :

Or-argent; or-étain ; or-cuivre; argent-plomb.

Enfin il est des cas oii les courbes de conductibilité présentent des anomalies qui permettent de conclure, avec une quasi-certitude, à l'existence de combinaisons définies.

Il serait à désirer que de semblables expériences fussent systématiquement reprises, soit en employant les procédés préconisés par Matthiessen (agglomération par la chaleur et la pression des alliages finement pulvérisés en baguettes minces), par Lodge (barres métalliques obtenues par fusion di-

404 ALLIAGES METALLIQUES

recte), par Roberts-Austen et Kamensky (disques métalliques et balance d'induction de Hughes). La précision de cette dernière méthode comporte cependant certaines critiques, tant au point de vue théorique qu'au point de vue pratique (1).

Roberts-Austen a fait une série de recherches sur la diffusion des métaux (2). Les essais qu'il a faits prouvent la possibilité de mouvements moléculaires dans les métaux cristallisés à des températures voisines de la température ordinaire et franchement inférieures au point de fusion de l'alliage eutectique possible. Si l'on rapproche ces résultats des changements de structure qui se produisent dans l'or au-dessous de2S0°, enprésencede deux millièmes d'antimoine oud'aluminium, et ceux des mouvements de concentration du carbone pendant le refroidissement lent des aciers, on est conduit à appliquer aux solides les lois de la diffusion et de la solution liquides. Ce n'est pas que ces mouvements moléculaires dans les solides soient la règle ; mais il suffit qu'ils puissent se produire pour qu'on soit désormais obligé de compter avec eux et avec les conséquences mécaniques qui peuvent s'ensuivre. C'est là un fait dont il serait prématuré de vouloir mesurer l'importance pratique, mais qui ne saurait manquer d'attirer l'attention des savants et des industriels.

M. Herschkowitsch (3), reprenant la méthode de Laurie, n'a reconnu aucune combinaison dans le cas des alliages cadmium-étain, cadmium-plomb, zinc-étain, zinc-bismuth, cuivre-argent, et une combinaison définie au contraire pour les alliages zinc-cuivre, zinc-argent, zinc-anlimoine, étain-cuivre, étain-argent. Il a cherché à contrôler ces résultats par la méthode calorimétrique, mais sans succès, car les chaleurs

(1) H. Le Chatelier, HuU. Soc. Encour., avril 1893, p. 384.

(2) Bull. Soc. Encour., 1897, p. 242.

(3) Bull. Soc. Encour., 1899, p. 133.

de formation des alliages sont du môme ordre de grandeur que les erreurs expérimentales des mesures.

MM. Adolphe Garnot et Goûtai, à la suite de recherches sur l'état chimique des divers éléments contenus dans les produits sidérurgiques, ont établi l'existence d'un certain nombre de carbures doubles bien définis (1) ; ce sont :

3Fe^C, Cr'-C' et Fe^C, 3Cr^C^ dans les aciei's chromés et les ferrochromes,

Fe^C, TuC et Fe^C, Mo'C dans les aciers au tungstène et au molybdène,

2Fe^C, Mn='C — Fe^C, 2Mn'C et Fe'C, 4Mn'C dans les ferromanganèses contenant plus de 30 0/0 de manganèse.

M. G. Charpy, dans un mémoire paru dans le Bulletin de la Société (T Encouragement (2), donne les résultats auxquels il est arrivé en étendant un grand nombre d'alliages métalliques par les procédés de la métallographie microscopique. Il a été guidé dans ce travail par les études effectuées sur les propriétés physiques des alliages, et notamment sur la forme des courbes de fusibilité (voir p. 408).

L'un des points les plus intéressants était la constitution des alliages eutectiques ou à point de fusion minimum.

Sont-ce des combinaisons chimiques de nature particulière, ou bien des mélanges homogènes, sortes de dissolutions solides comparables aux vei'res, ou bien de simples mélanges hétérogènes dans lesquels les deux corps sontjuxtaposés dans un état de division extrême ? L'étude microscopique des alliages eutectiques des métaux a donné des résultats identiques à ceux que l'étude microscopique des cryohydrates avait fournis à M. Ponsot. Ils se présentent, à

(1) Bull. Soc. Encour., 1899, p. 13S.

(2) Mars 1897, p. 384.

406 ALLIAGES METALLIQUES

l'état solide, sous forme de. simples mélanges de leurs constituants.L'état de division extrême de ces constituants suffit à leur donner des propriétés particulières ; on conçoit en particulier pourquoi, dans un grand nombre de cas, ils présentent une cassure conchoïdale qui conduit, à première vue, à les considérer comme des corps homogènes (alliages étainbismuth, antimoine-argent).

M. Charpy a étudié ensuite les alliages à courbes de fusibilité normale (étain-bismuth, plomb-antimoine, plombétain, zinc-aluminium, cuivre-antimoine, nickel-étain, bismuth-antimoine), puis les alliages à courbes de fusibilité anormales (cuivre-étain, antimoine-étain, antimoine-argent, cuivre-zinc, argent-étain, zinc-argent).

Toutes ces recherches ont conduit l'auteur aux conclusions suivantes :

« L'examen microscopique des métaux, qui permet d'obtenir des indications sur le travail subi par un échantillon donné, fournit aussi des renseignements importants sur la constitution chimique des alliages; il donne, en quelque sorte, l'analyse immédiate des alliages métalliques ; il permet de constater que la solidification des alliages s'effectue comme celle, plus facile à observer directement, des solutions salines, et que les alliages binaires sont formés, en général, de deux constituants seulement, quel que soit le nombre des composés définis formés par les métaux alliés.

« Le type de constitution normale présente donc des cristaux d'un métal simple ou d'un composé défini, englobés dans un deuxième constituant qui est en général, un mélange eutectique, formé lui-même par la juxtaposition de deux éléments très divisés dont l'un est celui qui forme les cristaux. La composition du mélange eutectique reste constante, la proportion des cristaux isolés varie avec la composition centésimale de l'alliage.

« En dehors de ce type normal, dans lequel il faut comprendre les cas limites correspondant à un composé défini pur, ou à un mélange euteclique pur, il n'y a à signaler qu'un second type, celui des métaux qui donnent des mélanges isomorphes. Ces alliages sont alors formés, quelle que soit leur composition, d'une seule espèce de crislaux occupant toute la masse ; en général, la composition et les propriétés varient d'une façon continue dans chaque cristal.

« S'il n'y a qu'un petit nombre de métaux susceptibles de former des mélanges isomorphes, il semble qu'il y ait plusieurs cas de composés définis de deux métaux isomorphes avec l'un d'eux. L'examen microscopique conduit en particulier à prévoir : un composé d'étain et d'antimoine contenant environ 30 0/0 d'étain et isomorphe avec l'antimoine ; — un composé d'antimoine et d'argent contenant environ 20 0/0 d'antimoine et isomorphe avec l'argent ; — un composé d'étain et d'argent, contenant environ 30 0/0 d'élain et isomorphe avec l'argent, etc., etc. Ce ne sont là d'ailleurs que des indications qu'il est nécessaire de contrôler en cherchant à isoler ces composés.

« Les constituants des alliages métalliques se séparent en général à l'état de crislallites, et non à l'état de cristaux bien définis. La forme de ces constituants ne donne donc en général qu'une indication approximative ; en dehors de ces caractères, on peut reconnaître les constituants à leur couleur, leur dureté, et surtout à la façon dont ils se comportent visà-vis des divers réactifs.

« Le mode de préparation, et particulièrement la plus ou moins grande rapidité de la solidification, modifie considérablement les dimensions des crislallites, mais ne semble pas influer autrement sur la constitution de l'alliage. »

§ 198. — Fusibilité des alliages (i). — L'étude de la fusibilité des alliages semble appelée à fournir des renseignements très précis sur la constitution des alliages, en raison des notions déjà très complètes que l'on possède sur la fusibilité des mélanges similaires, mélanges d'eau et de sel en dissolutions ordinaires, mélanges de sels entre eux, mélanges de composés organiques (2). Si l'on étend à la fusibilité les lois certaines de la solubilité, et si l'on généralise ces résultats en les étendant aux alliages, on pourra, de l'inspection des courbes de fusibilité, remonter à la constitution des alliages : reconnaître si, après la solidification, ils sont constitués par la simple juxtaposition de cristaux des deux métaux en présence, ou s'il s'est formé des combinaisons définies, ou encore des mélanges isomorphes.

1" Les deux métaux en présence ne donnent ni combinaisons définies ni mélanges isomorphes.

La courbe de fusibilité est composée de deux branches seulement, comme dans le cas des mélanges de chlorure de sodium et de carbonate de sodium. Des courbes semblables ont été obtenues pour un certain nombre d'alliages (étainplomb ; étain-zinc ; étain-bismuth).

2° Les deux métaux en présence donnent une ou plusieurs combinaisons définies.

La courbe de fusibilité est formée d'un certain nombre de branches distinctes qui se coupent à angle vif comme dans le cas des dissolutions de sulfate de soude. Ces courbes présentent des maxima qui peuvent être considérés comme les

(i)H. Lk Chatëi-ieb, Sur les fusibilités des alliages métalliques. Bull. Soe. Eitcour., mai 1895, p. S69.

H. Gautier, Recherches sur la fusibilité des alliages métalliques, liull. Soc. Encour., oct. 1896, p. 1293.

(2) H. Le CiiATELiER, Comptes rendus, t. CXVIU, p. 350, 418, C31, 709, 800 ; t. CXX, p. 835, 1050 ; t. OXXIII, p. 593, 746.

indices certains de combinaisons définies ; la réciproque ne serait pas vraie. Des courbes semblables ont été obtenues avec les alliages cuivre-étain, cuivre-antimoine, cuivre-aluminium.

3" Les deux métaux en présence forment des mélanges isomorphes.

La courbe de fusibilité est alors continue et se rapproche plus ou moins de la droite qui joint les points de fusion des deux corps isolés (mélanges de sulfate de potasse et de chromate de potasse ; alliage or-argent).

4° Enfin il doit exister dans les alliages, bien que ceci n'ait pas encore été signalé, un cas plus complexe qui a été observé dans les mélanges de sels. Il peut se faire que les corps mêlés donnent une combinaison définie qui soit isomorphe avec l'un des constituants (expériences de Bakhuis Roozeboom sur le chlorure de fer et le chlorure d'ammonium).

Les propriétés générales des courbes de fusibilité précédentes donnent l'explication du phénomène de la liquation. Au moment oii la solidification commence, il se dépose (en laissant de côté les mélanges isomorphes), soit un métal pur, soit une combinaison définie ; en général, cette solidification d'un élément déterminé va faire changer la composition delà partie restée liquide, et sa solidification ne pourra continuer à progresser que si la température s'abaisse. Théoriquement, ce phénomène devrait se manifester par une différence absolue de composition d'un point à un autre du lingot solide : l'un ou l'autre des métaux à une extrémité, et à l'autre le mélange à point de fusion minimum, appelé alliage eutectique. Pratiquement, les différences de compositions accusées par l'analyse chimique d'un point à un autre d'un lingot sont généralement peu considérables, cela tenant à la cristallisation de lamelles ou aiguilles très fines qui forment un feutrage dans

410 ALLIAGES METALLIQUES

le liquide et s'appuient les unes sur les autres de façon à rendre leur séparation jpar densité impossible.

Dans le cas d'alliages donnant des combinaisons définies, il y aura, en général, deux alliages eutectiques à point de fusion minimum et fixe, intermédiaires chacun entre la combinaison définie et l'un dos métaux purs (cuivre-antimoine). S'il y a deux combinaisons définies, il y aura trois alliages eutectiques (cuivre-aluminium).

Les alliages isomorphes se solidifient tantôt avec une composition identique à celle de l'alliage fondu, et alors la solidification s'achève à température constante, — tantôt avec une composition différente, et alors la partie fondue revient progressivement à la composition d'un même alliage euteclique à point de fusion minimum.

Les recherches de M. IL Gautier ont porté sur les alliages : Antimoine-aluminium Argent-antimoine

Nickel-étain Argent-zinc

Nickel-cuivre Argent-cadmium

Argent-aluminium Argent-étain

Elles sont exposées dans le Bulletin de la Société cF encouragement pour r industrie nationale, et il y a joint celles faites par M. Roland-Gosselin sur d'autres alliages:

Etain-antimoine Bismuth-cuivre

Etain-aluminium Bismuth-zinc

Etain-plomb Zinc-aluminium

Etain-zinc Zinc-cadmium

Etain-bismuth Cuivre-plomb

Il ressort des résultats auxquels sont arrivés ces savants que les alliages ne ressemblent nullement à des verres, ainsi qu'on l'a quelquefois avancé. Ce sont des corps cristallisés, tantôt formés par la juxtaposition des cristaux des métaux constituants, comme les alliages :

Etain-zinc Cadmium-zinc

Etain-bisrauth Zinc-aluminium

Etain-plomb Antimoine-argent

Plomb-antimoine Tantôt par la juxtaposition des cristaux de l'un des métaux avec une combinaison définie ; ce serait le cas des alliages: Etain-cuivre Etain-nickel

Antimoine-cuivre Cuivre-nickel

Aluminium-cuivre Zinc-antimoine

Plomb-cuivre Aluminium-argent

Bismuth-cuivre Antimoine-aluminium

Etain-aluminium ' D'autres enfin, beaucoup plus complexes, seraient constitués par des mélanges isomorphes, soit que les métaux considérés soient réellement isomorphes ;

Bismuth-antimoine Argent-or

soit qu'ils forment des combinaisons isomorphes avec l'un d'eux ; tel paraît être le cas des alliages :

Zinc-cuivre Cadmium-argent

Zinc-argent Etain-antimoine

Etain-argent Le plus souvent, l'addition d'une petite quantité d'un métal à un autre />/ms /«^eô/e abaisse le point de fusion de ce dernier. Parmi les alliages étudiés jusqu'à présent, il n'y a que les exceptions suivantes observées par MM. Heycock et Naville :

Cadmium-argent - Etain-antimoine

Zinc-argent Bismuth-antimoine

Presque toujours le point de fusion d'un alliage est inférieur à celui du moins fusible des deux métaux composants ; il n'y a d'exception que pour certains alliages d'or et d'aluminium et pour la plupart de ceux d'antimoine et d'aluminium.

•412 ALLIAGES METALLIQUES

La solidification d'un alliage fondu commence toujours à la même température pour une composition déterminée. En laissant de côté le cas des mélanges isomorphes, il se dépose pendant la solidification, soit un métal pur, soit une combinaison définie ; ce dépôt amène une variation de la composition de la partie encore liquide, et la solidification ne peut continuer que si la température s'abaisse à nouveau, et ainsi de suite ; la température ne reste donc pas constante pendant toute la durée de la solidification. De plus, si le corps qui se dépose a une densité notablement différente de celle du liquide restant, il gagne soit le fond, soit la partie supérieure du creuset; c'est le phénomène de liquation.

La solidification a cependant lieu à température constante dans deux cas : celui oii l'alliage a une composition correspondant à une combinaison définie (le dépôt de celte combinaison ne modifie pas alors la composition du liquide restant), et celui où cette composition correspond à un point anguleux de la courbe de fusibilité, c'est-à-dire à un alliage eutectique ; dans ce cas, il se dépose simultanément les deux métaux correspondant aux branches qui se coupent, et la composition du bain liquide reste encore constante.

Quant aux mélanges isomorphes, ils se solidifient tantôt à température constante, tantôt à température progressivement décroissante.

Enfin si la structure cristalline des alliages apparaît le plus souvent sur la cassure, ou bien si elle est facile à mettre en évidence par le polissage suivi d'une attaque par des réactifs appropriés, il n'en est plus de même dans le cas des alliages eutectiques ou des alliages isomorphes. Les cristaux de ces alliages sont d'une ténuité extrême, et ils donnent à la cassure un aspect tout particulier qui la fait ressembler à celle d'une masse vitreuse.

iM. OsmonJ, en poursuivaQt l'étude des alliages argentcuivre (1), a constaté que les résultats obtenus par l'analyse micrographique confirmaient ceux indiqués par la fusibilité.

§ 199. — Dilatation des alliages. — En 1 850 Grace Calvert a étudié les alliages de cuivre et d'étain ; mais ces recherches présentent des difficultés dues à la non-homogénéité des échantillons. De plus, lorsqu'on veut opérer à température élevée, les essais deviennent très difficiles en raison des phénomènes d'oxydation.

A la température ordinaire, on peut employer, soit la méthode de Lavoisier et Laplace qui nécessite des barres métalliques de grandes dimensions, soit la méthode de Fizeau fondée sur les phénomènes d'interférence.

Ce procédé optique permet, en comptant les cercles noirs qui passent en un point donné, ou mieux les taches noires qui paraissent et disparaissent au centre, de mesurer au trois dix-millième de millimètre le déplacement relatif de deux surfaces et d'apprécier le sens du déplacement; c'est là le point de départ de la méthode de mesure des dilatations.

Soit alors un prisme de la substance à expérimenter, poli à sa base inférieure, fixé dans un support métallique convenable, de façon que la faceypolie soit sensiblement dans le môme plan que le pied du support. Si l'on pose le support sur une lentille convexe, le plan poli du prisme sera sensiblement tangent à la surface de la lentille, et les anneaux de Newton paraîtront. Si l'on chauffe alors l'ensemble du système, le métal du support et la matière du prisme se dilateront, etsi leurs coefficients de dilatalion ne sont pas les mômes, il y aura déplacement relatif du plan poli et du plan de base du support qui repose sur la lentille, et mouvement des anneaux.

a) Bull. Soc. Encour., 1897, p. 102, 836.

Le nombre des anneaux paraissant ou disparaissant permettra de mesurer la différence de dilatation entre le métal et la substance, et si l'on connaît la première, de déduire la seconde. Il suffira donc de compter les anneaux passant en un point pour avoir une mesure de la dilatation.

M. H. Le Chatelier a modifié l'appareil à dilatation de Fizeauet l'a rendu industriel (1).

Le prisme et son support, placés sur une lentille biconvexe et dans les conditions voulues pour pouvoir donner naissance aux anneaux de Newton en lumière monochromatique, sont posés au sommet d'un support cylindrique creux et évidé. La face polie du prisme et la lentille sont éclairées au-dessous par un faisceau de lumière jaune émanant d'un brûleur Bunsen et réfléchi par un prisme à réflexion totale.

Un second prisme à réflexion totale envoie de môme le faisceau lumineux portant image virtuelle des anneaux de façon que cette image puisse être examinée avec un microscope à axe horizontal . L'ensemble du système (lentille, support évidé, prismes à réflexion totale) est posé sur un plateau horizontal muni de trois vis calantes au moyen desquelles on peut assurer la verticalité du support, et par suite de l'axe de dilatation du trépied.

Un manchon cylindrique fermé en son sommet et formant une chaudière annulaire est construit de telle façon qu'il puisse coiffer la partie supérieure du support évidé, entourant complètement le prisme et la lentille et descendant bien au-dessous.

Le trépied doit réaliser les conditions suivantes : établir une liaison invariable entre le prisme et le support suivant un plan perpendiculaire à la dilatation qu'on veut mesurer ; —

(1) Bull. Soc. Encour., 1897, p. 199.

laisser aux deux coi'ps composant le prisme et le support une indépendance absolue, suivant l'axe de dilatation ; — permettre de mesurer exactement la hauteur du prisme eu expérience, c'est-à-dire la longueur suivant laquelle sera mesurée la différence d'allongement des deux substances. On arrive à ces résultats à l'aide d'un support spécial, et la partie la plus délicate de l'expérience est le placement du prisme dans ce support.

Une autre difficulté de l'expérience est le comptage des anneaux, car cette opération est très fatigante ; on la simplifie en employant un appareil enregistreur Morse dont on a diminué la vitesse.

Pour mesurer les dilatations aux températures élevées, plusieurs méthodes ont été indiquées qui ne donnent pas de résultats satisfaisants.

Dans un procédé photographique, on chauffe dans un four une barre sur laquelle sont tracés deux points de repère, ces points pouvant être visés par deux orifices ménagés dans la paroi du four. A l'aide d'un dispositif optique convenable, on s'arrange de manière à avoir une image égale à celle de l'objet.

Dans un autre procédé, on place une tige de longueur donnée entre les extrémités de deux tiges de porcelaine ; les autres extrémités de ces tiges, situées en dehors du foyer, portent un système à bascule muni d'un miroir. On suit le déplacement du miroir ; mais cela suppose que la porcelaine ne se courbe pas sous l'influence de la chaleur, ce qui n'est pas impossible.

Enfin on peut appliquer la méthode qui a été employée pour mesurer les dilatations des pâtes employées dans la céramique.

Peu d'expériences ont été faites sur la dilatation des allia-

416 ALLIAGES METALLIQUES

ges. M. Le Chateliera publié récemment les résultats qu'il a obtenus avec les alliages cuivre-antimoine et cuivre-aluminium (1). Pour les alliages cuivre-antimoine, au point de fusion maximum correspond un maximum de dilatation très supérieur à la dilatation du cuivre seul et de la combinaison définie ; l'alliage présentant ce double maximum ne peut donc être qu'une solution solide. Des indications analogues ont été fournies par les études micrographiques et les mesures de résistance électrique: Kamensky a trouvé un maximum de résistance électrique [Phil. Mag., t. XVII, p. 270 ; 1884) et M. Stead une texture homogène pour l'alliage à point de fusion maximum [Journal, of Soc. chem. Ind., janv. 1899).

Pour les alliages cuivre-aluminium, la combinaison AlCu' ne donne lieu à aucune anomalie, ni dans la courbe de fusibilité ni dans celle "de la dilatation. La combinaison Al'Cu présente un point de fusion maximum, correspondant à une proportion de Cu (30 0/0) différente de celle de la combinaison définie (33 0/0). La courbe de dilatation présente entre ces deux teneurs une montée extrêmement rapide qui semble indiquer également dans ce cas l'existence d'une solution solide. Les expériences relatives à la micrographie et à la résistance électrique de ces alliages n'ont pas encore été faites.

§ 200.— Dureté des alliages (2). — Les propriétés des alliages éprouvent des changements brusques pour certaines compositions déterminées correspondant à des combinaisons définies. Cela est particulièrement net pour les alliages de cuivre et d'étain : l'étude de leur résistance électrique, de leur force électro-motrice de dissolution, de leur densité, de leur fusibilité, de leur dilatation, a mis en évidence l'existence de la combinaison SnCu\

(1) Bull. Soc. Encour., juin 1899, p. 900.

(2) H. Le Chatelier, BuW. Soc. Encour., 1895, p. 1353.

L'étude de la dureté des alliages conduit à la môme conclusion. La dureté est mesurée au moyen d'une pointe de diamant chargée d'un poids fixe de 20 grammes, placée normalement à la surface métallique préalablement polie, puis déplacée doucement de façon à tracer un trait sur le métal. On prend pour mesure de la dureté l'inverse de la largeur du trait exprimée en millimètres.

§ 201 . — Propriétés mécaniques des alliages. — Par suite de la tendance que l'on a à augmenter la pression de la vapeur dans les machines, il devient de plus en plus nécessaire de connaître l'influence des températures supérieures à la température ambiante sur les propriétés mécaniques des métaux. Beaucoup de travaux, dus à MM. Thurston, Kirkaldy, Adamson, Jœssel, Parker, Unwin , A. Le Chatelier, Roberts- Austen, etc., ont fait considérablement avancer la question ; ils ont été résumés par M. A. Le Chatelier (1).

Les essais effectués par M. Gharpy (2) ont porté sur les alliages cuivre-zinc, cuivre-étain, cuivre-aluminium, cuivrenickel, quelques aciers et des alliages fer-nickel. Les moins bons sont les bronzes d'élain, dont la fragilité augmente rapidement quand la température s'élève ; viennent ensuite les alliages cuivre-zinc à .30 0/0 de zinc dont la ténacité diminue beaucoup à chaud, au point de devenir inférieure à celle du cuivre rouge, et qui sont fragiles à chaud ; les laitons à 40 0/0 de zinc présentent des propriétés plus avantageuses, mais ils restent encore inférieurs aux maillechorts et aux bronzes d'aluminium..

Les aciers ordinaires ne présentent pas à chaud la supériorité qu'ils présentent à froid sur les alliages de cuivre,

(1) A. Le CiiATELiEK, Influence de la température sur les propriétés mécaniques des métaux. Génie civil, 1891 ; Revue générale des sciences, 1891.

(2) llu.ll. Soc. Encow., 1890, p. 191 .

Kiouns il

418 ALLIAGES METALLIQUES

mais cette supériorité rep^^raît nettement dans les propriétés des aciers au nickel qui participent à la fois de celle des alliages et de celle des aciers.

§302. — Fers et aciers (1). — Si l'on admet, ce qui paraît légitime, que le refroidissement brusque immobilise, d'une façon générale, la structure acquise au moment de l'immersion, les résultats qui se dégagent de l'examen micrographique des plaquettes trempées à différentes températures ont conduit M. Osmond à trouver dans un acier chauffé au rouge l'existence simultanée ou non de cinq constituants correspondant à ceux constatés dans le métal refroidi :

1° du fer à peu près pur (ferrite) ;

2° du fer dans lequel le carbone de trempe est réparti d'une façon uniforme (martensite) ;

3° un composé carburé défini (cémen(ite) ;

4» entre la ferrite et la martensite, une zone de transition (troostite) ;

3° entre la martensite et la cémentite, une autre zone de transition (sorbite).

Mais indépendamment de toute spéculation théorique, les résultats obtenus montrent que la température de chauffage, la température de trempe, la vitesse du refroidissement, c'està-dire les principales circonstances du traitement calorifique des aciers, s'inscrivent dans les variations de structure avec une précision que l'inspection des cassures est certainement loin de fournir. Pour tirer un parti industriel de ces données, il faudrait avoir relié les différents aspects de la structure aux propriétés mécaniques correspondantes. L'usage pratique de la métallographie suppose donc, pourchaque métal, uneétude préparatoire. Cette étude faite, il sera facile de reconstituer

(1) Osmond, Bull. Soc. Encour., mai 1895, p. 480.

avec une assez grande exactitude le traitement calorifique subi par une pièce finie, de voir si ce traitement, dont l'importance est capitale, a été conforme ou non aux règles posées, de le rectifier s'il y a lieu, et de faire la part des responsabilités dans les rebuts. Un excellent et très concluant exemple a été donné dans ce sens par M. A. Sauveur {Trans. Amer. Soc. of Min. Eng., t. XXII, p. 546), qui a organisé, dans les usines de V Illinois Steel Cie, un service régulier d'essais micrographiques.

Les conclusions précédentes données par M. Osmond sont appuyées par de nombreux clichés microphotographiques obtenus aux grossissements de 20 à 800 diamètres, qui montrent l'aspect des différents aciers à leurs différents états.

M. Sauveur (1) a étudié les changements de microstructnre qui se produisent pendant un refroidissement lent, dans des aciers contenant des quantités variables de charbon, et le rôle des changements ayant lieu aux points critiques (2) dans les théories courantes de la trempe.

Les aciers, si on les refroidit ou si on les échauffe, présentent un ou plusieurs points critiques (l'acier très doux en ayant trois, l'acier doux ou demi-dur deux et l'acier dur un seul). Si un acier est trempé au-dessus du point critique, la trempe est proportionnelle à la quantité de carbone ; au-dessous de ce point, il n'est pas sensiblement trempé. Si un acier trempé est dissous dans les acides dilués froids, la pi us grande portion du carbone disparaît à l'état d'hydrocarbures ; avec un acier non trempé, presque tout le carbone est retrouvé à l'état de Fe^G. Chaque point critique est accompagné d'une modification de structure ; dans l'intervalle de température oii il n'y

(1) The Metalloiiraphist, janvier 1898, p. 27 ; juillet 1898, p. 210.

(2) Les points critiques sont les points particuliers auxquels se produisent les modifications allotropiques du fer (phénomènes de récalescence).

420 ALLIAGES METALLIQUES

a pas de point critique, il a'y a aucun changement au point de vue mierographique.

L'acier au manganèse contenant environ 12 0/0 de manganèse ne montre aucun phénomène de récalescence ; il est dur et non magnétique.

Dans un autre ordre d'idées, M. Sauveur, s'inspirant des récents travaux relatifs à la nature des alliages métalliques, a cherché à déterminei- la constitution de l'acier considéré comme un alliage de fer et de carbone.

On ne connaît actuellement qu'un seul carbure de fer défini, Fe^C ou cémentite. Ce composé donne lieu avec le fer [ferrite) à des mélanges soit hétérogènes, \aperlitp, soit homogènes, la harderiite et\a.tnartensite, qui se distinguent par des propriétés individuelles assez trancliées (1).

La perlile, caractérisée par un éclat nacré spécial, est l'alliage eutectique de ferrite et de cémentite ; sa composition reste constante, quelle que soit la composition de l'acier ; elle contient toujours environ 0, 8 0/0 de carbone. Examinée au microscope, elle se résout en un assemblage de fines lamelles inégalement dures et inégalement attaquables aux réactifs chimiques. L'acier trempé ne laisse plus voir de perlite, mais une matière homogène, que M. Howe a appelée hardenite. Si la trempe est faite exactement au-dessus du point de récalescence, la proportion de hardenite est exactement égale à celle de perlite qu'aurait donnée le refroidissement lent. MM. Osmond et Sauveur ont montré que, si l'on trempait l'acier à des températures de plus on plus élevées au-dessus du point de récalescence, la ferrite ou la cémentite libre allait progressivement en diminuant et finissait même par disparaître totalement à une température suffisamment élevée ; le carbure de trempe n'a donc pas une composition déterminée : il se com-

(1) H. Le Chateukr, L'état actuel des théories de la trempe de l'acier. Rev. gén. des sciences, 1891, p. H.

porte comme une dissolution qui se saturerait do quantite's croissantes de ses constituants au fur et à mesure que la température s'élève. Aussi M. Osmond considère-t-il le carbure de trempe comme une dissolution de composition essentiellement variable, à laquelle il a donné le nom de martensite.

La martensite est donc une solution solide de ferrite et de cémentite qui, par refroidissement, arrive toujours à la même composition limite, celle de la hardenite, qui est le mélange eutectique de la martensite. La cristallisation de la hardenite donne la perlite, formée de la juxtaposition des cristaux très fins de ses deux constituants, ferrite et cémentite ; celte cristallisation, comme dans le cas des dissolutions solides, est accompagnée d'un grand dégagement de chaleur qui donne lieu au phénomène de récalescence.

Nous savons que pour certaines quantités de carbone, cette teneur variant entre des limites fixes, on observe une très grande différence entre les propriétés de l'acier, suivant qu'il est refroidi rapidement ou lentement. Dans le premier cas, on a un métal très dur, et l'augmentation de la dureté est certainement due à la présence de la martensite. Mais ceci ne permet pas de résoudre encore complètement le problème de la trempe qui a été l'objet de tant de recherches et de controverses, car il reste à déterminer la cause de la dureté de la martensite. Or la martensite est une solution solide homogène de carbone ou de cémentite dans le fer ; on doit en effet abandonner l'idée que c'est un composé défini Fe^G, car il est évident que sa composition, comme celle de la portion restant liquide pendant le refroidissement d'un alliage métallique, varie avec la température.

Si l'acier non trempé est généralement composé de deux ou trois constituants (ferrite, cémentite et perlite), on peut facilement concevoir que, même s'il n'y a aucune impureté, les

422 ALLIAGES METALLIQUES

propriétés physiques de l'acier, qui donnent à ce mêlai une place si importante dans les arts, ne dépendent pas exclusivement des proportions relatives de ces constituants, en d'autres termes, de la quantité de carbone ; mais qu'elles dépendent aussi de la distribution, du mode de formation, des dimensions des grains individuels ou particules cristallines, le tout étant régularisé par le traitement, calorifique et physique, auquel est soumis le métal. La structure de l'acier est extrêmement sensible aux faibles changements de traitement, et une modification de la structure, même faible, implique toujours une modification correspondante des propriétés physiques. C'est pourquoi le microscope devient un instrument indispensable, puisqu'il permet d'étudier les changements de structure d'un métal, ces modifications étant étroitement reliées aux propriétés de ce métal.

M. Osmond a montré que le fer et l'acier sont composés de grains juxtaposés et soudés entre eux, n'affectant aucune forme cristalline définie; M. Stead a précisé les conditions de température qui développent le grain (1). Dans le fer pur, le commencement de formation du grain et l'accroissement continu de sa grosseur avec la durée du chauffage se produisent entre 300° et 870", avec un maximum entre 600" et 700°. c'est-à-dire au-dessous des points de transformation du fer. C'est un point important à noter, car dans les aciers, il ne se produit aucun changement au-dessous du point de récalescence.

L'acier à 0,21 0/0 de carbone est particulièrement intéressant ; il est composé de régions distinctes de ferrite et de perlite : le grain de ferrite n'augmente qu'entre 6300-700», celui de perlite au-dessus de 700" seulement, et d'autant plus que la température est plus élevée.

(i)Bull. Soc. Encour., 1899, p. 127.

M. Osmond aéludié l'effet des basses températures sur certains aciers (1). Quand on ajoute au fer, en proportion croissant progressivement, du nickel, du manganèse ou du carbone, séparément ou ensemble, les points de transformation du fer sont progressivement abaissés pendant le refroidissement lent ou rapide par le nickel ou le manganèse, pendant le refroidissement rapide seulement (trempe) par le carbone. Quand la proportion des corps ajoutés est convenable, on obtient'des aciers qui ne sont pas transformés du tout; le fer y garde, à la température ordinaire, la môme forme moléculaire, non magnétique, qu'il possède au-dessus de 860° ; mais les transformations restent possibles, du moins partiellement, à une température plus basse, avec apparition du magnétisme, diminution de densité et augmentation de dureté. Si l'on élève plus encore la proportion des corps mentionnés, il arrive un moment oil l'acier n'est plus transformable, mAme dans l'air liquide; à ce type appartiennent l'acier manganèse à 13 0/0 de M. Hadfield, certains aciers chromés étudiés par M. Guillaume, etc.

L'abaissement des points de transformation allotropique du fer apparaît comparable à l'abaissement des points de solidification des dissolvants par les corps dissous.

§ 203. — Propriétés magnétiques des alliages du fer. — La condition suffisante et nécessaire pour qu'un acier fondu puisse fournir un aimant permanent utilisable est que les points de transformation en soient amenés ou placés au-dessous de SaO» environ et au-dessus de la température la plus basse à laquelle le métal sera soumis.

Cette condition peut être réalisée de deux manières : 1° par la trempe pour les aciers à base de carbone ; 2° par l'addition

(1) Bull. Soc. Encour., 1899, p. 902.

424 ALLIAGES METALLIQUES

de certains corps étrangers en proportions convenables (manganèse, chrome, nickel, tungstène).

M'"« Sklodowska Curie a étudié les propriétés magnétiques des aciers trempés de composition connue, en se plaçant surtout au point de vue de la construction des aimants permanents (1). L'étude a été généralement faite sur des barreaux ayant 20 centimètres de longueur et une section de 1 centimètre. Quelques aciers, sous forme d'anneaux, réalisaient des circuits magnétiques fermés.

Les barreaux étaient chauffés dans un four électrique à spirale de platine et trempés à l'eau. Le courant de chauffe aimantait le barreau dont on suivait l'état d'aimantation au moyen d'une aiguille aimantée montée sur un pivot. Le barreau ne prend la trempe que si le four a été porté à une température supérieure à celle de la transformation magnétique, c'est-à-dire lorsque l'acier est à l'état faiblement magnétique au moment de la trempe.

Les qualités magnétiques d'un acier à aimants sont caractérisées par l'intensité d'aimantation rémanente à circuit magnétique fermé et le champ coercitif. Le champ coercitif est le champ démagnétisant extérieur uniforme dans lequel il faut placer l'acier aimanté à saturation pour que l'intensité d'aimantation devienne nulle. De la grandeur de ce champ, dépend la stabilité du magnétisme et la possibilité d'aimanter des barreaux peu allongés.

M"'" Curie a étudié une série d'aciers à pourcentage croissant de carbone ; ceux à 0,8 0/0 seraient les meilleurs pour la construction des aimants. Elle a également porté son attention sur des aciers spéciaux qui ont montré que l'existence, dans l'acier, de divers métaux ne modifie pas, en gé-

(1) Bull. Soc. Encoitr., 1898, p. 36.

néral, beaucoup l'intensilo d'aimantation rémanente à circuit fermé, mais que souvent elle augmente le champ coercitif, et que c'est l'augmentation du champ coercitif qui rend certains aciers propres à faire de bons aimants permanents. La présence d'un peu de silicium, de bore, de manganèse, ne semble pas, à ce point de vue, exercer une influence notable ; le nickel, le chrome, le cuivre en petites proportions améliorent au contraire les propriétés magnétiques des aciers ; mais ce sont les aciers au tungstène et au molybdène qui fournissent les meilleurs aciers à aimants.

Le champ coercitif peut dépasser 60 pour les aciers au carbone ; il atteint 70 h 74 pour ceux au tungstène (acier d'Alleyard), et 80 à 8o pour ceux au molybdène.

M™ Curie a étudié eutin les conditions de stabilité du magnétisme rémanent des barreaux aimantés, l'influence des chocs, des variations de température et des actions magnétiques extérieures sur les aimants. Les secousses produisent d'autant moins d'effet que le champ coercitif est plus fort; un recuit à 200° altère considérablement les bons aciers à aimants; un recuit de 100° est déjà nuisible. Pour construire les aimants permanents, il convient de les recuire vers 60° seulement, en ayant soin de les désaimanter ensuite partiellement après les avoir aimantés à saturation.

Les aciers du 2° groupe ont été moins étudiés; ils sont représentés dans le mémoire de M"" Curie par le type à 7,7 de tungstène; mais ce groupe comprend aussi les aciers à 10-2S 0/0 de nickel, 3,5-7,3 de manganèse et S-15 de chrome. M. Osmond a fait tout récemment des recherches dans ce sens (1).

Les aciers au nickel et l'acier à 4 0/0 de manganèse pré-

(1) Bull. Soc. Eneour., 1899, p. 904.

sentent un minimum de magnétisme rémanent qui-coïncide pratiquement avec le minimum de ténacité. Pour un de ces métaux, la formule de préparation sera la suivante : 1° faire 7'evenir, après forgeage, un peu au-dessous des points de transformation; 2° ajuster; 3° recuire juste au-dessus des points de transformation pour obtenir le maximum d'intensité magnétique; k" faire revenir vers 100» pour rendre l'aimantation plus stable.

L'acier à S, 67 de manganèse présente cette particularité que le minimum d'intensité magnétique est peu marqué ; à l'état doux, cet acier donne encore des aimants passables.

L'acier à 7,80 de manganèse, refroidi deux fois dans l'air liquide et revenu au rouge très sombre après chaque refroidissement fournit des aimants remarquables; mais on ne peut l'adoucir notablement.

L'intérêt de ces aciers quasi-trêmpés pour les aimants tient à cette double circonstance que la trempe est évitée et que les propriétés magnétiques sont constantes dans toute la masse.

§ 204. — Alliages de fer et de nickel(l). — Le coefficient de dilatation diminue lorsque la teneur en nickel croît de 0 à 16 0/0 ; l'alliage à 98 0/0 de nickel se dilate plus que le fer pur.

La résistance'générale, ainsi que les efforts correspondant à la limite d'élasticité proportionnelle, à la limite apparente d'élasticité et à la rupture croissent avec la teneur en nickel jusqu'à 10 0/0, d'une^ manière à peu près proportionnelle ; mais de 10 à|30 0/0 de nickel, on constate au contraire une diminution notable et croissante de la résistance générale pour de plus fortes teneurs en nickel ; tandis que les efforts

(1) Bull. Soc. Encour., 1897, p. 269.

aux limites d'élasticité décroissent encore, l'effort de rupture passe à 30 0/0 de nickel par un minimum, puis remonte jusqu'à environ 60 0/0 de nickel, pour diminuer ensuite lentement.

L'allongement de rupture diminue d'abord, puis augmente et passe par un maximum ; il décroît ensuite jusqu'à 16 0/0 de nickel (il devient presque nul), atteint à 60 0/0 un maximum absolu, et décroît ensuite constamment.

Il y a une grande analogie entre les résultats des essais à la compression et ceux des essais à la traction.

Pour les chocs comme pour les compressions, les écrasements diminuent lorsque la teneur en nickel croît de 0 à 16 0/0 ; à 30 0/0, ils reviennent à peu près aux valeurs observées pour le fer pur, diminuent peu à peu ensuite jusqu'à 60 0/0, puis se relèvent ; pour 60 0/0, ces écrasements atteignent encore des valeurs voisines de celles correspondant au fer pur.

La teneur en nickel a sur la résistance au cisaillement à peu près la même influence que sur la résistance à la compression, mais elle est plus faible.

Certains aciers au nickel possèdent des qualités mécaniques précieuses dans la construction des machines ; d'autre part, ils présentent une série de singulières anomalies, intéressantes au point de vue théorique, qui ont été spécialement étudiées par M. Ch. Ed. Guillaume (1 ).

Le fer et le nickel sont les plus magnétiques des métaux à la température ordinaire ; leur mélange devrait donc être magnétique dans les mêmes conditions. Lefait connu, depuis plus de dix ans, que certains alliages dans lesquels ces métaux entrent pour plus de 99 0/0 sont complètement dépourvus de

(1) Bull. Soc. Encour., 1898, p. 260.

428 ALLIAGES METALLIQUES

magnétisme, est un indice h peu près certain que les éléments ne sont pas simplement mélangés dans la masse, mais qu'il existe des combinaisons spéciales de fer et de nickel auxquelles la loi des mélanges ne devra s'appliquer pour aucune de leurs propriétés.

Au point de vue des propriétés magnétiques, les aciers contenant de 0 à 2S 0/0 de nickel environ, et qui semblent compris assez exactement entre les formules Fe et Fe^Ni, sont irréversibles en ce sens qu'à une môme température, ils peuvent exister à deux états essentiellement différents suivant le cycle des températures antérieures ; ils décrivent, entre certaines limites de température, même poui' de très faibles écarts, des chemins entièrement différents à température ascendante et descendante. Les aciers d'une teneur supérieure à 25 0/0 sont réversibles et possèdent à chaque température des propriétés magnétiques qui, en première approximation, ne dépendent que de la température actuelle.

M. Dumont (1) a déterminé la perméabilité magnétique, en valeur absolue, pour douze alliages, les champs étant compris entre 14 et SO unités C.G.S. et les températures entre 78° et 2S0". La teneur en nickel variait de 26, 2 à 44 0/0. A toute température, la perméabilité pour les alliages contenant de 27 à 44 0/0 de nickel augmente avec la teneur en nickel. M. Osmond a étudié les alliages contenant plus de 50 0/0 de nickel (2).

Les changements de volume qu'éprouvent les aciers au nickel sont de deux espèces bien distinctes. Les alliages irréversibles éprouvent aussi, entre certaines limites, des changements d'une nature absolument ditTérente à température ascendante et à température descendante. Les alliages de la

(1) Bull. Soc. Encour., 1898, p. 334.

(2) Bull. Soc. Encour., 1899, p. 315.

deuxième catégorie se dilatent ou se contractent en suivant toujours sensiblement le même chemin, mais d'après des lois bien différentes de celles qui régissent les dilatations des autres métaux ou alliages.

Les valeurs du module d'élasticité, bien que variant dans une moindre mesure que les dilatations, présentent une allure générale assez semblable dans ses anomalies pour que l'on puisse reporter sur cette dernière propriété ce qui est dit des variations de volume.

Tous les aciers au nickel étudiés par M. Guillaume éprouvent, sous l'actiondu temps, des variationsde longueurqu'une élévation de température accentue et dont les lois, très complexes, auraient peut-être dérouté pendant longtemps les recherches si elles ne présentaient, au moins pour une catégorie d'entre eux, des analogies frappantes avec les variations de volume du verre, bien connues aujourd'hui dans leurs traits généraux à cause de leur importance pour la thermométrie.

La plupart de ces aciers sont peu oxydables, très tenaces, remarquablement homogènes, susceptibles d'un beau poli. Ceux de la 2* catégorie sont malléables pour le laminage, l'étirage en barres et en tils pouvant avoir moins d'un dixième de millimètre. Leurs anomalies de dilatation et leurs varialions magnétiques les rendent propres à de nombreux usages (frettage à froid, pendules compensés; coupe-circuits).

§ 205. — Alliages de cuivre et de zinc. — M. Charpy, dans une étude très longue sur ces alliages (1), s'est proposé de rechercher : d'une part, la relation entre la composition chimique et les propriétés mécaniques, d'autre part, la variation des qualités du métal avec la structure.

La méthode employée a été la suivante: préparer, d'après

(1) Bull. Soc. Encour., février 1896, p. 180.

4»0 ALLIAGES METALLIQUES

la marche adoptée pour la fabrication industrielle du laiton en planches de qualité supérieure, des alliages de cuivre et de zinc de compositions régulièrement variées ; — amener ces alliages par des martelages et des laminages successifs à froid, sans aucun recuit, à un état d'écrouissage aussi accentué que possible ; — prélever alors des éprouvettes et les recuire à des températures graduellement croissantes jusqu'au point de fusion, et déterminer les propriétés mécaniques et la structure micrographique correspondante.

Relation entre la composition chimiijue et les propriétés mécaniques. — Si l'on compare les alliages de cuivre et de zinc amenés à l'état de recuit complet, et qu'on cherche l'influence de la composition chimique sur les propriétés mécaniques, on trouve que ces propriétés varient toutes d'une façon continue avec la teneur en zinc ; si l'on se borne à considérer les métaux contenant de 0 à 50 0/0 de zinc, les seuls susceptibles d'utilisation pratique, les propriétés mécaniques peuvent se partager en quatre groupes correspondant à quatre modes de variation.

La limite élastique à la traction, la résistance à la pénétration, la raideur augmentent d'une façon continue avec la teneur en zinc. La variation est beaucoup plus rapide quand la proportion de zinc varie de 35 à 40 0/0. A ce groupe de propriétés, il faut joindre aussi la vitesse d'écrouissage.

L'allongement total à la traclion,Tallongement proportionnel et l'allongement de striction croissent avec la teneur en zinc, passent par un maximum pour l'alliage [^à 30 0/0 et décroissent ensuite rapidement.

La résistance à la compression et la striction décroissent quand la teneur en zinc augmente, passent par un minimum pour l'alliage à 30 0/0 et croissent ensuite ; la fragilité, qui ne devient sensible que lorsque la teneur en zinc atteint 45 0/0, varie alors comme la striction.

Dans les applications pratiques, il sera bon de ne pas dépasser une proportion de 43 0/0 de zinc, à cause de l'apparition de la fragilité ; d'autre part, il n'y a aucun intérêt à employer des alliages contenant moins de 30 0/0 de zinc, qui deviennent pins coûteux, et dans lesquels on a, à la fin, moins de résistance et moins de malléabilité. En faisant varier la proportion de zinc entre 30 et 43 0/0, on aura toute une série de métaux de nuances différentes, le plus malléable ayant jusqu'à 60 0/0 d'allongement avec une résistance à la rupture de 27 à 28 kilogrammes, le plus tenace ayant encore 40 0/0 d'allongement avec une résistance de 37 à 38 kilogrammes, en ne considérant que l'état de recuit complet ; avec un emploi judicieux de l'écrouissage et du recuit, on pourra augmenter la résistance jusqu'à 60 kilogrammes environ pour des barres et des tôles, et beaucoup plus loin pour des fils.

Variation des qualités du métal avec la structure. — L'étude de la structure des alliages peut donner quelques indications sur leur .constitution ; mais il faut conclure avec une très grande prudence. La structure n'est pas révélée par l'aspect de la cassure, qui n'indique que les surfaces de faiblesse. Elle est beaucoup mieux mise en évidence par l'aspect de la surface des barreaux soumis à la déformation.

L'étude de la structure microscopique appliquée par M. Charpy aux alliages de cuivre et de zinc lui a permis de les classer en trois catégories correspondant à des propriétés mécaniques assez bien définies ; la première correspond aux alliages très malléables à froid ^ la deuxième aux alliages à grande résistance, moins malléables que les précédents, mais forgeables à chaud ; la troisième comprend des alliages très variables dont le caractère commun est la fragilité, ce qui suffit à les faire rejeter pour les applications. De plus, l'étude de la structure permet de déterminer, approximativement, le

travail subi par le métal, surtout dans les alliages de la première catégorie.

On pourra déterminer si le métal a été coulé, et d'après les dimensions du grain, savoir à peu près dans quelles conditions (haute ou basse température, moulage en coquille ou en sable), s'il a été écroui, s'il a été recuit à une température plus ou moins élevée, enfin s'il a été brûlé.

En résumé, l'étude de la structure paraît susceptible d'applications utiles, non pour remplacer l'analyse chimique, mais pour compléter cette opération par des données que la chimie seule est impuissante à fournir.

§ 206. — Alliages pour coussinets. — La quantité de métal dépensépourla fabrication des coussinets est énorme. M. Duddley (1) a fait une étude comparative des divers métaux employés aux Etats-Unis^ il en ressort que l'alliage

Étain 8

Plomb 15

sembledevoir être considéré comme le meilleur; l'expérience a montré que l'introduction des six ou huit autres corps simples employés quelquefois dans les alliages n'a pas une grande influence sur la supériorité de l'alliage pour coussinets.

§ 207. — Alliages antifriction. — Les recherches de M. Charpy (2) ont eu pour but d'appliquer aux alliages pour pièces frottantes ou antifriction les idées théoriques qui se déduisent des expériences sur la fusibilité et les autres propriétés des alliages, ainsi que de leur étude microscopique.

Les alliages employés comme antifriction présentent le même caractère général ; ils sont formés par des grains durs englobés dans un alliage plastique. Cette constitution, qui se

(1) BxiU. Soc. Encour., 1892, p. 804.

(2) Bull. Soc. Encour., juin 1898, p. 670.

rencontre dans presque tous les alliages auxquels on est arrivd 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 peu élevé et sur lesquels le glissement ne peut se produire que très difficilement; la plasticité du ciment permet au coussinet de se mouler sur l'arbre et évite ainsi les surpressions locales qui sont la principale cause d'accidents.

Celte 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, de cuivre ou le stannuro 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 qualités acquises. L'étude de la constitution des alliages ternaires faite par M. Cliarpy sur les alliages bismuth-antimoine-étain 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 composition 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 tra-

HlORNS S8

vail et d'emploi, et échappent par conséquent aux recherches de laboratoire.

Après avoir indiqué les principes de l'élude des alliages pour coussinets, M. Charpy a étudié les groupes ternaires suivants :

Cuivre-étain-anlimoine

Plomb-étain-antimoine

Cuivre-plomb-anlimoine

Zinc-étain-antimoine

Cuivre-étain-plomb et a indiqué, dans chaque cas, les principales combinaisons utilisables à 3-4 0/0 près. Toute précision plus grande paraît actuellement illusoire ; on a ainsi d'ailleurs un choix suffi sant, et il semble inutile de recourir aux formules plus compliquées qui ont été parfois proposées, qui comportent l'emploi de quatre, et même cinq métaux différents, et dont la fixation paraît avoir été complètement arbitraire.

§ 208. — - Alliages industriels d'aluminium (1). — Si Ic bronze contient plus de 11 0/0 d'aluminium, il est trop cassant pour l'industrie ; s'il renferme plus de 20 0/0, il prend un aspect jaunâtre, il devient cassant et pulvérisable au mortier; à 30 0/0, il est moins dur; à SO 0/0, il devient tout à fait doux ; si la teneur en aluminium atteint 60-70 0/0, il devient dur et présente une belle structure cristalline.

Les expériences de Tctmayer, de Zurich, montrent que la résistance à la traction augmente avec la proportion d'aluminium, d'abord lentement, puis de plus en plus vite.

(1) Bull. Soc. Encour., 1891, p. 895.