BRIQUES REFRACTAIRES

bois ronde et allongée dont la dimension et la forme sont proportionnées à la grandeur de la cavité que l'on veut faire. Plus simplement, labrasque peut ôfre appliquée à l'intérieur du creuset à l'aide de la main.

§ 19. Briques réfractaires. — Une brique réfractaire employée pour résister aux hautes températures doit certainement contenir de petites quantités d'alcalis ; ils ne doivent pas excéder 1 pour 100. Glenboig, Stourbridge et Wortley (Leeds) sont les meilleures marques ; elles sont excellentes, quoique bien entendu il y ait d'autres briques pouvant être employées avantageusement, mais elles ont moins de réputation.

Les briques Ganisler sont exceptionnellement recherchées pour résister aux très hautes températures dans les parties supérieures des fours à réverbère. Comme les briques faites uniquement de silice, elles ne se brisent pas par refroidissement. La brique Lowood, faite près Slieffield, a aussi une très grande réputation. Les briques Ganister doivent être jointes avec du ciment Ganister. Pour avoir les meilleurs résultats dans la construction, il est préférable de travailler à sec, puis d'apporter les différentes parties ainsi faites audessus du sommet du four quand elles sont finies. Aucune brique réfractaire ne donne de résultais satisfaisants si on la travaille avec une argile inférieure à celle qui la constitue; mais cependant un bon constructeur de fourneau usera aussi peu que possible d'excellente argile.

Les briques Dina sont pratiquement infusibles et composées presque entièrement de silice. La surface de rupture présente une structure grossière et irrégulière d'une couleur brunclair. La chaux qui y est ajoutée exerce une action fondante sur les particules de quartz, et contribue ainsi à les agglomérer (voir page 67).

n ALLIAGES METALLIQUES

M. James Dunnachie, dans un mémoire lu devant l'Association britannique, dit : « La grande variété des usages des briques réfraclaires et les différentes qualités qui leur sont demandées, rendent impossible qu'une brique puisse répondre à ce que l'on demande dans un four. On exige qu'elle résiste à une haute température et aux changements de température, dans quelques casa une forte pression et aux chocs violents, dans d'autres aux actions fondante et chimique de variétés très diverses.

« Une brique, riche en silice, contenant une bonne proportion d'alumine, et aussi exempte que possible d'alcalis et d'autres impuretés, est celle qui réunit, au plus haut degré, les conditions d'infusibilité et de non-rupture. Pour avoir réellement un bon four, il faut tout d'abord se procurer les meilleurs matériaux pour sa construction; mais après cela, il faut savoir comment il est construit. Si nous étions aussi soucieux des courbes de nos fourneaux que des lignes de nos navires, et particulièrement de la qualité des matériaux employés et de la main-d'œuvre vu l'importance du travail, nous pourrions, dans beaucoup de cas, doubler la durée de nos fourneaux, sans attendre les découvertes possibles de l'avenir. »

Les analyses suivantes donneront la composition des matériaux employés en Angleterre pour la construction des fours :

SiO-

AIW

Fe*03

CaO

MirO

Na*0

TiO*

Briques réfract"' (Glenboig)

» (Stourbridge)

» id.

» (Newcastle) .

» id.

» (Pensher)

» (Flintshire)..

» (Leeds)

» id.

» (Ecland)

Briques deGanister(Lowood)

» (Witton).

Briques de Dina (Galles)

0,29 MnO 1.2

Dolomie brûlée (Raisby Hill)

.'•^fiO

Ganister (Lowood)...

» (Weardale)..

Préparation et propriétés des alliages.

§ 20. — Le mode de préparation varie beaucoup suivant la nature des métaux employés. Quelques métaux sont volatils, et passent facilement à l'état de vapeur quelques degrés au-dessus de leurs points de fusion. D'autres ont peu de tendance à se vaporiser et peuvent être chauffés à de hautes températures sans volatilisation sensible. Si un métal volatil doit être allié à un autre non volatil, et si les [)oints de fusion sont sensiblement les mômes, la combinaison peut être facilement faite en mélangeant les constituants et les fondant ensemble dans le même creuset ou le même fourneau. Ce cas est cependant l'exception, et en règle générale, les composants d'un alliage, un ou plusieurs étant volatils, ont des points de fusion très ditïérents ; on fond alors d'abord le plus difficile des constituants, les autres étant ajoutés à l'état solide. Un alliage peut contenir un ou plusieurs métaux fixes,

74 ALLIAGES METALLIQIES

et un volatil ; dans ce cas, le plus volatil est ajouté dans le creuset après que le ou les métaux fixes ont été fondus, et élevés à une température suflisante pour que le constituant volatil fonde dès son introduction dans la masse liquide ; de celte façon, la combinaison peut être effectuée sans perte sérieuse duc à la volatilisation.

L'union entre les composants d'un alliage est plus parfaitement assurée en remuant le tout avec un agitateur, le meilleur dans beaucoup de cas étant un instrument en bois ou en charbon, de façon à provoquer le mélange sans introduire aucune substance pouvant modifier ni la composition ni les propriétés de l'alliage.

Dans la fusion des métaux ordinaires, ou dans celle des alliages contenant ces métaux comme principaux constituants, il faut se préserver de l'oxydation. Différents procédés permettent d'éviter la perte du métal et de préserver l'alliage de cette altération. Le plus ordinaire consiste à couvrir le métal avec du charbon qui ne garantit pas seulement de l'air admis dans le fourneau, mais tend à absorber l'oxygène exclu des métaux pendant la fusion. Le gaz ainsi formé par l'union du carbone et de l'oxygène est de l'oxyde de carbone GO, et ce gaz étant réducteur peut fixer un autre atome d'oxygène pour donner de l'acide carbonique GO'. Ainsi, aussi longtemps que le mélange est couvert avec du carbone, l'oxyde de carbone formé le protège efficacement de l'oxydation. Dans la méthode précitée où l'on agile la masse avec une baguette dé charbon, le même gaz oxyde de carbone est formé ; la bagulte ne provoque pas seulement l'agitation mécanique, mais elle donne naissance à un gaz qui protège le métal de l'oxydalion, dans une grande mesure.

Dans quelques cas, ceci n'est pas admissible. Les métaux commerciaux étant impurs, il peut être nécessaire d'intro-

duire une quantité suffisante d'oxygène provenant soit de l'air, soit d'un agent oxydant spécial ajouté au flux, pour convertir les impuretés en oxydes ; ces oxydes ne s'allient pas aux métaux, mais entrent en combinaison avec le flux pour former un laitier ; quelquefois, ils flottent à la surface comme écume. Dans la plupart des cas, il est convenable que le corps couvrant les métaux n'exerce aucune influence sur ceux-ci.

Quelques manufacturiers ont l'habitude de jeter de la graisse et de la résine sur les métaux chauffés, avant la fusion. Ces corps sont décomposés par la chaleur et dégagent des gaz qui provoquent la combinaison des métaux fondus en produisant uqe agitation mécanique au moment de leur départ. Ils agissent aussi chimiquement en déplaçant l'oxygène par l'union de cet élément avec le carbone et l'hydrogène devenus libres. Lorsque le dégagement gazeux a cessé, il reste du carbone à l'état finement divisé qui couvre les métaux et les protège de l'oxydation.

Le borax est quelquefois employé pour chasser l'air, mais il est beaucoup plus cher que le carbone ; son emploi présente de plus quelques inconvénients. Le borax est formé par la soude combinée à l'acide borique, qui n'est que partiellement saturé par l'alcali ; l'excès d'acide s'unit avec l'oxyde métallique présent pour former un borax double, de nature vitreuse. Le borax commercial est souvent très impur, et est falsifié avec le sel ordinaire et l'alun ; ces impuretés sont très mauvaises pour beaucoup de métaux. Le chlorure de sodium est aussi employé pour préserver les métaux fondus de l'oxydation, et modérer l'action de corps pouvant causer une violente ébullition. Le verre est fréquemment utilisé dans le même but, et en présence du carbone, il est très dangereux pour les métaux. C'est un mélange de silicates fon-

76 ALLIAGES METALLIQUES

dant à haute température, formant des composés avec la chaux et les autres bases, dételle sorte qu'il agit presque comme le borax, si on est obligé d'employer un tel tlux. I^e verre à vitres et le verre vert à bouteilles sont les plus utilisés, mais le flint-glass, qui contient beaucoup d'oxyde de plomb, serait désavantageux dans beaucoup de cas.

La nature des alliages métalliques a déjà été discutée ; nous avons montré que certaines proportions des constituants entraient en combinaison, d'autres parties étant simplement à l'état de mélange ou de solution; par un refroidissement progressif, différentes couches tendent à se faire, d'après les densités respectives. Ceci est spécialement le cas lorsque les constituants ont des densités très différentes, de sorte que plus haute sera la température de l'alliage à sa sortie du fourneau, plus longue sera la période de refroidissement et plus grandes seront les facilités de séparation. Pour obvier à cet inconvénient, le métal sera constamment agité, versé dans les moules à la température la plus basse, la masse étant encore cependant suffisamment fluide, et refroidi aussi rapidement que la nature de l'alliage et ses applications le permettent. Un alliage fond à une température inférieure à celle du plus réfractaire des constituants ; il fond quelquefois plus bas que l'un quelconque des composants ; cette connaissance permettra h l'opérateur de régulariser la température de façon à ne pas trop chauffer.

Il est bien connu que le caractère de beaucoup d'alliages est altéré par des fusions répétées, et que la matière ainsi obtenue ne peut pas être à nouveau utilisée sans l'addition d'une certaine quantité de métal neuf. Un mélange donné peut être employé pour l'obtention d'un alliage très malléable, ductile et tenace, et le lingot du même alliage, s'il est refondu, peut être cassant et non susceptible d'être travaillé ;

mais si une quantité convenable de métal neuf est ajoutée, la combinaison peutdonnerun alliage, môme supérieur àl'alliage initial, quant à ses propriétés relatives au travail. C'est l'avantage du manufacturier de chercher les économies, en employant autant de résidus qu'il luiest possible en les alliant; la quantité ainsi employée varie d'un tiers à deux tiers du poids. Bien entendu, en utilisant le vieux métal, on risque d'introduire plus d'impuretés qu'avec du métal neuf, et quoique les mêmes impuretés puissent exister dans le métal neuf, les quantités peuvent être insuffisantes pour produire un elTet nuisible ; mais si on augmente le vieux métal, les proportions peuvent être telles que les propriétés physiques de l'alliage seront entièrement altérées. La présence de quantités notables de matières étrangères est généralement accusée par l'augmentation de la dureté et une modification de la structure, ce que l'on voit sur une rupture récemment faite. La difficulté de maintenir l'uniformité dans un alliage après des fusions répétées est moindre si l'on n'a que deux métaux; elle augmente avec le nombre des constituants. Ainsi le maillechort demande beaucoup plus de soin que le bronze, et une soudure contenant du plomb et de l'étain exige moins de précaution qu'un alliage fusible contenant du bismuth ou du cadmium avec du plomb et de l'étain. Les alliages qui contiennent comme constituant essentiel un métal volatil, comme le zinc ou l'antimoine, sont généralement plus altérés par une refonte, et il est nécessaire de connaître, au moins approximativement, ce qui se perd par la chaleur, de façon à pouvoir ajouter une quantité de métal neuf pour maintenir la vraie composition. Beaucoup d'erreurs proviennent de cette cause, aussi bien que de ne pas faire ce qui doit être fait. Si possible, une analyse chimique est le meilleur moyen de résoudre le problème, mais comme ceci est souvent

Î8 ALLIAGES METALLIQUES

difficile, quelques simples essais faits en pesant les quantités et en observant soigneusement les résultats obtenus (examen de la malléabilité, de la couleur et de la cassure) permettront généralement de déterminer la quantité devant être ajoutée.

Pour ces expériences, un petit fourneau analogue à ceux employés dans les laboratoires métallurgiques, une forte paire de laminoirs à main, une enclume seront très utilement adjoints à chaque fonderie. La quantité de métal n'excédera pas une livre en poids, et comme une seule opération suffira, on pourra facilement essayer le produit obtenu au point de vue du martelage et du laminage. De telles pièces d'essai, convenablement étiquetées et conservées, seront très commodes pour les opérations futures, et il n'est pas douteux qu'on aura ainsi une grande quantité de renseignementsqui permettront de réaliser un grand bénéfice sur la main-d'œuvre et sur la production. Il est fréquent de trouver, après qu'une quantité de métal a été alliée et qu'on en a fait des lingots, que l'alliage ne convient pas, soit par suite du mauvais mélange des constituants, soit parce que les matériaux sont impurs; cet ennui pourrait être évité par quelques essais préliminaires sur une petite échelle. La coulée des pièces d'essais pourra avoir lieu dans un moule en fer ou en sable, le temps de refroidissement étant approximativement égal à celui d'une grande masse. Un autre avantage de cette méthode expérimentale serait que les nouvelles combinaisons pourront être facilement examinées, et l'effet de certaines impuretés sur des alliages connus bien déterminé, par l'addition de ces corps en quantités définies à une quantité pesée de l'alliage.

Les qualités demandées aux alliages varient à l'infini. Quelques-uns doivent avoir une grande malléabilité, d'autres une grande dureté. Certains doivent posséder un haut degré

d'élasticité, pendant que d'autres sont employés à cause de leur point de fusion qui est peu élevé, etc. Ces différents desiderata ne peuvent s'obtenir que par l'union de métaux convenables en proportions différentes.

Les métaux le plus souvent employés pour les alliages sont ceux qui sont le plus anciennement connus (cuivre, zinc, plomb, étain, or et argent); et quoique les combinaisons de ces métaux aient été connues et employées depuis très longtemps, ce n'est que durant la dernière moitié de ce siècle que leurs propriétés intimes ont été entièrement étudiées. En vérité, nos connaissances actuelles siir les alliages sont moindres qu'en toute autre branche de la science chimique, quoique nos méthodes de recherches puissent les augmenter ; cependant cette étude ne sera pas d'un intérêt commercial immédiat, à moins que par l'observation des propriétés physiques des alliages, on ne puisse en perfectionner les procédés pratiques de travail . Le nombre des métaux simples employés est très limilé, mais ils peuvent être mis en proportions variées, formant une série indéfinie de modilicalions ; et comme chaque alliage peut être considéré comme un nouveau métal, par le fait que ses propriétés diffèrent de celles de ses constituants, nous avons ainsi le matériel nécessaire pour produire des métaux susceptibles de recevoir une application déterminée. L'action des métaux les uns sur les autres varie beaucoup ; quelquefois un métal peut être ajouté à un autre en quantité quelconque sans modifier sérieusement ses propriétés ; dans d'autres cas, une petite quantité d'un second métal changera totalement le caractère du premier. Dans la fabrication des alliages, de ce qu'un métal peut être librement ajouté à un autre, on ne pourra donc pas conclure qu'un métal de nature similaire pourrait de même être introduit. L'homme qui aspire à faire de nouveaux alliages ou qui espère

produire des métaux pour un emploi défini devra donc connaître la nature et les propriétés des métaux simples afin de pouvoir atteindre le but proposé; et quoiqu'une connaissance scientifique des composants ne soit pas suffisante en elle-même, l'opérateur qui, en même temps que la pratique, possédera des données théoriques, aura un immense avantage. C'est pourquoi il a été introduit dans cet ouvrage un court exposé des propriétés des métaux.

Dans les combinaisons chimiques, c'est un fait bien connu que les éléments se combinent toujours entre eux en proportions définies produisant des composés de propriétés fixes et déterminées, de sorte que les mêmes composés peuvent toujours être considérés comme contenant les mêmes éléments mis dans les mêmes proportions. Cette loi s'applique à l'union de deux métaux, si ces métaux sont chimiquement combinés, et le môme alliage aura toujours identiquement les mêmes propriétés. Pour obtenir des alliages doués de propriétés caractéristiques déterminées, quelques expérimentateurs ont étudié les combinaisons d'après les poids atomiques des constituants ; mais jusqu'à présent, le nombre de semblables combinaisons d'un intérêt pratique est très limité. Ces chimistes ne répondaient donc point aux besoins de l'industrie. De plus, une des préoccupations du manufacturier est le prix de revient, et le chimiste l'oublie quelquefois ; c'est ainsi qu'un alliage fait exactement d'après les proportions atomiques et ayant les qualités requises ne pourrait pas être utilisé dans beaucoup de cas, à moins que le prix ne soit d'accord avec sa valeur marchande. La question d'argent doit donc entrer en ligne de compte, et les proportions doivent être d'accord si possible avec les nécessités commerciales. Ainsi pour les alliages de cuivre, tels que les bronzes, les combinaisons qui possèdent le mieux les caractères de composés chimiques

sont dures et aigres ; comme ces alliages sont beaucoup plus employés qu'aucun autre, il n'y a pas motif à encourager les métallurgistes à allier le cuivre et le zinc, ou le cuivre et l'étain, suivant les proportions atomiques, la malléabilité et la ténacité étant les propriétés les plus demandées pour ces alliages. De même, dans beaucoup d'alliages, la couleur est le principal desideratum, et elle ne peut pas être obtenue par un mélange en proportions atomiques ; spécialement, dans certains cas, une petite quantité d'un des constituants suffira pour altérer l'aspect et produire l'efTet cherché.

Si l'on doit ajouter un métalloïde à un métal ou à un alliage, on y apportera beaucoup de soin ; on sait que les métalloïdes se combinent plus facilement avec les métau.\ que les métaux entre eux, et qu'une petite quantité d'un métalloïde suffit pour altérer les propriétés du métal ou de l'alliage. Notons cependant que, dans certains cas, une simple trace d'un clément altérera les propriétés d'un métal. Par exemple 1/2000 de carbone additionné au fer le convertit en acier doux ; 1/1000 de phosphore rend le cuivre cassant ; 1/2000 de tellure dans le bismuth le rend cristallin ; 1/1000 d'antimoine dans le cuivre le rend de très mauvaise qualité pour certains usages.

Lothar Meyer a montré qu'une relation remarquable existe entre les volumes atomiques des éléments . Les volumes atomiques relatifs des éléments s'obtiennent en divisant leurs poids atomiques par leurs poids spécifiques. Le poids atomique du

plomb est 207, son poids spécifique 11, 4S; .. , = 18 est

le volume atomique du plomb. 11 semblerait que la faculté pour un élément de rendre un métal plus faible, s'il est ajouté en petite quantité, dépend du volume atomique de l'impu-

HlORMS 6

ALLIAGES METALLIQUES

reté (1). Roberts-Austen essaya l'effet de différents élémenls sur l'or pur, et trouva que si l'élément ajouté a un volume atomique égal ou inférieur à celui de l'or, la résistance était peu changée ; elle était augmentée avec le cuivre. Mais si l'élément ajouté a un volume atomique beaucoup plus gran<l que celui de l'or, la résistance, sauf deux exceptions, est très diminuée. Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :

Résistance

Allongement pour 100

Impuretés

Volume

de lension

atomique de

kg. par mm»

sur 3 pouces 16 mm.

pour 100

l'impureté

^plus petit

plus petit que 0,2

fV. .

' que 0,8

imperceptible

Bi . . .

Te . .

id.

Pb . .

Thalliun

Sn . .

Sb . .

Cd . .

iO,8

Ag. .

Pa . .

Zn . .

Rh . .

Mn. .

In . .

Cu. .

Al ... .

Les alliages ont généralement des propriétés différentes de celles de leurs constituants ; quelquefois, ces différences sont très marquées. Ainsi une petite quantité d'arsenic ajoutée à l'étain donne un alliage dont la structure cristalline ressemblera beaucoup à celle du zinc. Les métaux se combinent, soit avec dégagement, soit avec absorption de chaleur. D'après Roberts-Austen, les métaux suivants s'unissent avec

(1) Journal of Soc. of Arts, 19 octobre 1898.

dégagement de chaleur : aluminium-cuivre, plaline-étain, arsenic-antimoine, bismulh-plomb, or-étain. D'autre part, le plomb et l'étain s'unissent avec absorption de chaleur.

Quand le plomb, l'étain et le bismuth, en proportions équivalentes, sont mélangés à l'état très divisé avec 8 équivalents de mercure, à la température ordinaire, la température tombe de IT^C. à — \ 0°C. Si le vase contenant le mélange est sur une planche mouillée, l'eau sera congelée. Cette combinaison formera donc un mélange réfrigérant.

La méthode de production des alliages par une forte compression des poudres métalliques constituantes a été donnée parle professeur Spring de Liège en 1878, qui a continué cette élude (1). Ses expériences étaient faites à l'aide d'une presse. La poudre métallique est placée sous un court cylindre d'acier, dans la cavité d'un bloc d'acier vertical ; le tout est maintenu par un collier et placé dans une chambre de bronze, dans laquelle on peut faire le vide. La pression est exercée à l'aide d'une tige cylindrique passant à travers une boîte à étoupes. Sous une pression de 2000 atm., ou 20,6 kg. par mm.', le plomb, sous la forme de limaille, se transforme en une masse solide, et sous la pression de 5000 atm., le métal coule à travers les fissures de l'appareil comme un liquide. Spring a obtenu des résultats importants avec des métaux cristallins comme le bismuth et l'antimoine. Sous une pression de 6000 atm., du bismuth finement pulvérisé se réunit en une masse solide ayant une cassure cristalline. L'étain, dans les mômes conditions, coule à travers un trou, sous la forme d'un fil. Le tableau suivant donne les pressions devant être exercées pour imir les poudres de différents métaux :

(1) Bull. Acad. de Belgique, (2) iSlS, n° 6 ; (2) 1880, n» 5.

Le plomb

s'unit à 20,3

kg.

par mm*.

L'étain

Le zinc

L'antimoine

L'aluminium

Le bismuth

Le cuivre

Le plomb

coule à S2,0

L'étain

Le professeur Spring pensa que les particules des différents métaux pouvaient aussi bien s'unir par pression pour former des alliages, et il considéra que la formation de tels alliages par compression apporterait une preuve concluante au fait suivant: à froid, il y aurait union entre les particules des métaux, si elles sont amenées en contactintime.il comprima un mélange de 1 5 parties de bismuth, 8 de plomb, 4 d'étain et 3 de cadmium, et obtint un alliage fondant à 100° C. Il est nécessaire de broyer le produit de la première compression et de soumettre la poudre à une nouvelle pression pour obtenir un alliage parfait. On a fait l'objection que le mélange avait pu être fondu grâce à la chaleur de compression. Le professeur Spring a prouvé expérimentalement que ce n'était pas le cas. La compression fut effectuée avec une extrême lenteur, et Spring calcula que si tout le travail dû à la compression des poudres était transformé en chaleur, on pourrait seulement chauffer un cylindre de fer de 8 millimèties de diamètre et 10 millimètres de hauteur de 40° à 64" C. Il prit alors de la phorone qui fond à 28» C. et la comprima de la même manière que les poudres métalliques ; il en résulta une union imparfaite des particules et la température de 28° C, nécessaire pour fondre la phorone, ne fut pas atteinte (1),

(1) Bull. Soc. chvn., Paris, 1884, p. 488.