PREPARATION DIRECTE DU LAITON

de fer forgé G. Le combustible esl chargé parla trémie D. Le gaz s'échappe par le tube E, garni de fer, et arrive dans un tube horizontal en fer qui le dirige vers le régénérateur, oii il est fortement chauffé avant d'entrer dans le four dans lequel il est brûlé; on produit ainsi une température plus haute.

L'excédent de chaleur du four n'est pas perdu ; on s'en sert pour chauffer les régénérateurs. La figure 8 montre la disposition d'un four Siemens à creusets, où les pots sont chauffés par la combustion du gaz chaud et de l'air chaud. Les régénérateurs sont des chambres faites en maçonnerie

CJ

Fig. -.

Fig. 8.

de briques creuses réfractaires, construites par paires, deux paires étant nécessaires pour chaque four ; chaque couple est alternativement employé pour absorber la chaleur des produits gazeux des fours, et pour chauffer le gaz et l'air nécessaires à la combustion.

Au moyen d'une valve, le courant gazeux passe soit dans le système de droite, soit dans celui de gauche. Si les gaz perdus traversent les chambres à récupération de droite, l'air froid et le gaz passent à travers celles de gauche, et la direction des courants gazeux est renversée quand il a été absorbé une quantité suffisante de chaleur. Il est à remarquer que le gaz combustible et l'air rentrent alternativement dans le four à droite et à gauche, suivant que ce sont les chambres de

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droite ou de gauche qui ont été utilisées. Pour la fusion des métaux, on peut obtenir une flamme neutre ou non oxydante qui préviendra la perte du métal par oxydation et qui sera très avantageuse si l'on veut conserver constante la composition d'un alliage, comme dans la fabrication des laitons.

Les fours à réverbère ne sont employés que pour la fabrication du laiton en grande quantité, comme dans le cas des lingots de métal jaune utilisé pour le doublage des navires, etc. Un four communément employé est celui qui contient une tonne de métal. Il est de forme rectangulaire, avec une sole plane oblique, s'inclinant du pont vers la porte de travail. La sole est formée de briques réfractaires, placées de champ, très soigneusement ; un fond de sable bien battu est aussi employé.

Le cuivre est d'abord fondu dans une atmosphère de flamme de façon à exclure l'air autant que possible. Puis les résidus et le zinc, préalablement chauffés, sont introduits, et le mélange effectué aussi vivement que possible pour éviter la perte de zinc. Quelques manufacturiers fondent le cuivre dans le four, le coulent dans une grande demoiselle, y ajoutent les résidus et le zinc chauds, de façon à verser le métal immédiatement dans les moules dès que l'agitation nécessaire au mélange des constituants a été effectuée.

Les alliages de cuivre et de zinc sont faciles à faire ; mais si on ajoute le zinc au cuivre dans le four, le registre de la cheminée doit être presque fermé et le feu ne pas élre trop vif ; si la température devenait trop haute, beaucoup de zinc serait perdu. Bien plus, lorsque les métaux sont entièrement mélangés, la surface doit être recouverte de charbon de bois ou de sable, surtout s'il est nécessaire d'élever la température avant la coulée. Lorsque le métal est prêt pour la coulée, on ouvre le trou de coulée avec une barre de fer, et le métal est

reçu dans une poche. La surface du métal est recouverte de charbon de bois qui conserve la chaleur et préserve de l'oxydation due à l'air. La température du laiton ou du bronze fondu s'abaisse rapidement; aussi, pour obtenir des pièces saines, faut-ii verser de suite le métal dans les moules. On doit garantir des courants d'air, et toutes les ouvertures doivent être fermées durant la coulée.

§ 52. — Condensation des fumées de zinc. — Dans la fabrication des laitons, surtout si l'on emploie un four à réverbère, le zinc a tendance à se volatiliser ; à cause des pertes qui en résultent, on a cherché des moyens de récupération. On peut employer le dispositif suivant. Un tube en forme de siphon est placé entre le four et la cheminée, et au fond de l'une des branches, est installée une citerne de 1 mètre de large environ sur 1 m. 30 de profondeur.Celte citerne est rem plie d'eau, et si les gaz chauds du four passent au-dessus de l'eau, il se forme de la vapeur qui s'élève et favorise la condensation des fumées zincifères qui sont recueillies dans la citerne. Les fumées dé zinc sont surtout formées d'oxyde de zinc qui est enlevé et vendu aux fondeurs de zinc. Un second réservoir est quelquefois placé dans la partie supérieure du tube-siphon ; l'écoulement de l'eau de ce réservoir favorise la condensation des fumées. La citerne inférieure a une section ovale plus grande que celle du tube-siphon ; la partie extérieure est munie d'un couvercle en fer qui la ferme hermétiquement et qui permet le nettoyage de la citerne.

Coulage du laiton.

§53. — Il faut beaucoup de soin et d'habileté pour cette opération ; et quoique le métal puisse être parfaitement réussi dans le four, le tout peut être perdu à la suite d'une

144 ALLIAGES METALLIQUES

mauvaise coulée, si le laiton doit être employé à faire des feuilles ou des fils. On distingue deux modes de coulage : en lingots et en plaques. Dans la première méthode, le métal est versé dans des moules donnant des lingots ayant la forme de briques ; ces lingots sont refondus pour les pièces ordinaires ou pour d'autres alliages. Dans la deuxième, le laiton est versé dans des moules plats fermés, produisant une plaque de métal destinée à être laminée ou étirée.

§ 54. — Coulage en plaques. — Les moules sont en fer et consistent en deux pièces attachées ensemble par un anneau et un coin, de façon à pouvoir être détachées facilement.

Les dimensions du moule varient considérablement suivant l'importance de la pièce à couler. Pour le laminage, les dimensions courantes sont 0 m. 09, 0 m. 10, 0 m. H, 0 m. 15, 0 m. 18, 0 m. 20, G m. 23, 0 m. 25, 0 m. 31 de largeur, 0 m. 45 à 0 m. 70 de longueur et 16 à 22 mm. d'épaisseur. Pour le tréfilage, on fait des pièces de 89 mm. de largeur, 38 mm. d'épaisseur et 2 m. à 2 m. 50 de longueur.

Afin d'obtenir des pièces parfaites, le métal doit être coulé aune température déterminée; si le métal est trop chaud, on a une coulée poreuse ; s'il est trop froid, le moule est imparfaitement rempli et le métal n'adhère pas exactement dans toutes les parties. Deux graves défauts peuvent donc se présenter dans les pièces coulées : les soufflures et la nonhomogénéité. Si les métaux sont fondus dans des creuselsou des fours ordinaires, une certaine quantité d'air et des gaz, tels que l'hydrogène et l'oxyde de carbone, pénètrent dans le métal. Pendant le refroidissement, ces gaz s'échappent graduellement, et ce départ est favorisé par une agitation mécanique, effectuée ordinairement avec une tige de fer. Si le métal est versé à une trop haute température dans un moule fermé, quelques gaz seront retenus dans le métal, formeront

des cavités et donneront une apparence poreuse. C'est spécialement ce qui arrive si on opère sur une grande quantité: la surface se solidifie rapidement, pendant que l'intérieur reste fondu, de telle façon que les gaz ne peuvent plus s'échapper de l'intérieur. Il y a donc désavantage à refroidir une coulée trop rapidement. Le moule est alors chauffé préalablement. La meilleure manière de chauffer un moule est d'avoir une plaque de fer remplissant à peu près la cavité du moule, de la chauffer au rouge dans un four, et de la placer à l'intérieur du moule jusqu'à ce qu'on ait atteint la température voulue. Cette plaque est alors retirée, les deux moitiés du moule sont détachées, les surfaces intérieures sont huilées et saupoudrées avec du poussier de charbon de bois de façon à empêcher le métal d'adhérer au moule. Cette précaution est absolument nécessaire; sans quoi, on obtient très souvent des pièces non saines et non homogènes. L'air est inévitablement entraîné dans le moule, et l'oxygène s'unit au charbon pour donner de l'oxyde de carbone ; l'hydrogène résulte de réactions secondaires, et si les gaz ne sont pas complètement chassés avant la solidification, ils produiront des cavités dans le métal. Il est alors convenable d'employer le moins possible de charbon et d'huile. Il vaut mieux garnir les moules avec un mélange de résine et d'huile de lard ; en fondant trois parties de résine avec une partie de la meilleure huile de lard, on obtient une masse de consistance sirupeuse, qui est appliquées la surface du moule chaud au moyen d'un pinceau ordinaire. Au moyen de cette composition, on obtient des pièces saines meilleures et plus uniformes.

Une coulée non homogène est due à la présence d'impuretés dans le métal. La non-homogénéité provient aussi de particules isolées de métal à l'état non allié ; mais une cause plus com-

HlOKNS 10

«6 ALLIAGES METALLIQUES

niuneestlaprésencedecharbonou de scories entraînés dans le moule avec le métal ou détachés du côté du moule si l'huile ou le charbon ont été employés pour prévenir l'adhérence du métal. On devra toujours apporter grand soin à écumer le métal et à ne pas introduire de saletés dans le moule. Le métal doit être versé sous forme d'un courant clair et ininterrompu ; autrement il se produit des pailles qui mettent la pièce hors de service. Il était considéré comme impossible d'employer des moules en fer pour le coulage en plaques, car, à cause de l'inexpérience et de l'ignorance des conditions nécessaires au succès, les pièces étaient fréquemment mises au rebut. Les moules en terre étaient quelquefois employés, mais ils se brisaient facilement. Pour les petites pièces, on a employé, dans quelques fonderies, des moules en sable parfaitement sec ; mais le sable est exposé à se craqueler et à donner un mauvais métal. Dans la plupart des cas, on se sert de moules en granit qui sont regardés comme donnant les meilleurs résultats. La préparation des moules en granitdemande beaucoup de soin ; il faut les garnir d'une faible couche d'argile de façon à assurer la plus grande uniformité de la surface des plaques. Cette argile est recouverte d'une faible couche de bouse de vache pour qu'elle ne craquelle point. Brannt donne une description de la méthode :

« Les moules en granit sont arrangés de la manière suivante : la plaque supérieure est suspendue au-dessus de la plaque inférieure, l'espace entre les deux est limité par des barres de fer placées sur la plaque inférieure, qui est un peu plus longue que la supérieure et se projette en avant pour former une lèvre ou cuvette destinée à recevoir le métal. Les plaques sont réunies ensemble par du fer, et s'élèvent d'un côté de façon à faire un angle de 45°, pendant que le métal est coulé. Lorsque l'opération est terminée et que le métal est

supposé solidifié, la pièce est retirée du moule. Avec des précautions suffisantes, de tels moules en granit peuventêtre utilisés longtemps sans que la couche d'argile soit altérée, et les feuilles de laiton sont retirées très uniformes lorsque le moule a été cliaulTé par plusieurs opérations.'Un seul et même moule est fréquemment employé d'une manière continue afin de le conserver chaud ; et s'il ne doit pas servir pendant quelque temps, on l'enveloppe dans un corps mauvais conducteur, comme un épais tapis, afin d'empêcher son refroidissement. Si le moule est endommagé, il doit être réparé avec soin, et les parties réparées excessivement bien séchées pour prévenir sa rupture. »

Fig. 9.

La pièce de laiton, après la coulée, est soigneusement inspectée et soumise à un nettoyage mécanique avant le laminage. Pendant le laminage, le laiton devient cassant et doit être recuit. Comme le recuit noircit le métal, à cause de la formation d'oxyde, il est bon de le tremper dans l'acide sulfurique dilué et môme de le frotter avec du sable, et finalement de bien le rincer à l'eau. Les feuilles de laiton sont recuites dans un four à réverbère (fig. 9), construit de façon à prévenir l'oxydation du métal autant que possible. L'autel a est haut, et la porte de chargement b est on avant. Les gaz

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perdus et chauds s'en vont par le tuyau c. Pour faciliter le chargement et le déchargement des feuilles, un rouleau dest disposé en avant de la porte b, et sur le sol même du four, on installe des barres ee de fonte mobiles qui favorisent le glissement des feuilles, et qui les isolent aussi des briques de la sole pendant le chauffage.

Les fours à recuire chauffés au moyen des gazogènes Wilson ont été beaucoup perfectionnés depuis quelques années dans le Lancashire ; il est reconnu que l'on obtient maintenant des lames de laiton admirables comme couleur et condition de surface.

Après le passage à travers les laminoirs, le laiton doit être ou doux et flexible, ou dur et élastique. Pour l'avoir doux, les feuilles métalliques sont finalement recuites ; pour l'avoir dur, on passe le métal deux ou trois fois dans le laminoir après lé dernier recuit.

Les plaques de laiton destinées au tréfilage sont d'abord laminées jusqu'à la limite convenable pour obtenir la finesse nécessaire. Cette opération préliminaire est non seulement avantageuse pour avoir un métal d'une certaine épaisseur, mais le traitement mécanique donne au laiton une plus grande résistance et une plus grande ductilité que si le métal était débité en morceaux de dimensions données par la machine à fendre sans passer d'abord sous les cylindres du laminoir. Le métal en feuilles est d'abord coupé en bandes, et celles-ci en baguettes au moyen de la machine à fendre. Cette machine consiste en broches portant des disques d'acier, fixés à des intervalles convenables ; ils sont disposés de façon que ceux de la broche supérieure se projettent dans les espaces qui séparent ceux de la broche inférieure ; l'ensemble constitue une machine à cisailler rotative. En plaçant l'une des extrémités d'une bande de laiton entre les guides, elle est tirée en avant

COULAGE nu LAITON 149

par les disques et coupée en baguettes, qui, s'il est nécessaire, sont elles-mêmes coupées à la longueur donnée.

Le métal en feuilles excessivement minces, connu sous le nom de métal hollandais, n'est pas produit par le laminage seul, mais par l'emploi combiné du laminage et du martelage. Le métal est coulé en plaques minces et réduit à une certaine épaisseur par laminage jusqu'à ce qu'on obtienne une fine lame ; il est nécessaire de recuire souvent. La lame est alors coupée en morceaux de 25 mm.* environ, et un grand nombre de ces morceaux sont empilés, chaque pièce étant séparée de l'autre par un papier spécialement préparé ; le tout forme un paquet renfermé dans du parchemin. Le paquet est alors martelé sur un bloc pendant quelque temps avec un lourd marteau, jusqu'à ce que chaque pièce ait ses dimensions 16 fois plus grandes que ses dimensions primitives. Ces feuilles sont alors coupées en quatre, et les pièces ainsi obtenues sont remises en paquets comme précédemment ; on intercale de la baudruche entre chaque feuille ; le battage est alors recommencé jusqu'à ce qu'on ait obtenu le degré désiré de finesse. Pour pi'évenir le craquelage» des feuilles de métal, il est nécessaire défaire un i-ecuit soigné à différents stades de l'opération.

§ 55. — Coulage en lingots. — Cette opération demande moins de précaution que le coulage en plaques ; cependant, si le métal est employé pour fabriquer des articles divers dans des mpules en sable, il faut autant de soin que pour le coulage en plaques. Les creusets sont les mêmes que ceux décrits précédemment, et le métalest directement versé dans les moules. Les creusets des fondeurs de laiton sont en plombagine mélangée à l'argile et au poussier de coke en proportions variables; il en a déjà été donné une description. Quoique plus coûteux que ceux d'argile, ils durent plus long-

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temps et résistent à un plus grand nombre de fusions ; ils sont généralement adoptés

§ 56. — Étuvc à air sec. — Le tuyau venant du four à fusion est ordinairement disposé pour chauiïer l'étuve ; à cet elTet, il passe au-dessous. Si on ne peut pas employer un tel arrangement, on se sert d'une grille à feu ordinaire. Dans les deux cas, le tuyau passe sous l'étuve, et le cintre est construit avec des briques réfractaires de forme spéciale. Les dimensions de ces étuves varient ; ainsi celles employées pour sécher les noyaux des moules à tubes ont généralement 1 m. 80 de long, 0 m. 10 à 0 m. 13 de large et pas moins de 0 m. 15 de haut.Lefondest constitué par des plaques de fonte de 23 mm. d'épaisseur, et percées de trous de 6 mm. pour permettre le passage de la chaleur. Toutes les étuves sont semblables quant à la construction ; il n'y a de différence que dans la disposition des tablettes sur lesquelles on met sécher les noyaux des moules.

Moulage et coulage.

§ 57. — La fusibilité que beaucoup de métaux possèdent permet de fabriquer des articles variés à l'aide d'un modèle, qui est reproduit dans le sable ou une substance susceptible d'en prendre la forme ; il suffit de verser le métal fondu dans la cavité ainsi obtenue. Le métal solidifié sera la contre-partie exacte de ce qui est imprimé dans le sable.

Le terme moulage comprend les différentes opérations concernant la préparation du moule proprement dit, et le terme coulage s'applique à l'opération complète de la reproduction du métal ; il est donc plus général que le précédent. Les principaux matériaux employés pour le moulage sont le sable d'espèces différentes, l'argile, le plâtre de Paris, le noir de fumée, etc.

Le sable est le plus communément usité ; c'est certainement le plus parfait et le plus convenable des matériaux pour le moulage .; les propriétés qui le font apprécier sont sa porosité, son adhésion, sa mobilité, son infusibilité pratique et son inaltérabilité. A cause de sa nature poreuse, les gaz produits pendant la coulée du métal peuvent facilement s'échapper ; ses propriétés d'adhérence permettent d'avoir une reproduction exacte d'un modèle donné, et le métal est bien retenu lors de la coulée ; sa mobilité lui donne suffisamment la faculté d'épouser les plus fins détails du modèle si l'on exerce une pression; en vertu de son infusibilité et de son inaltérabilité chimique, la chaleur du métal fondu ne le fond pas et ne modifie pas sa composition chimique. Les meilleures espèces de sable pour moulage de laitons ont une composition chimique presque identique; elles ne varient que par les dimensions des grains ou leur état d'agrégation. Le sable contient:

Silice 93 à 95

Argile 6 à 3

Oxyde de fer 1 à 2

Le sable contenant d'autres oxydes métalliques, comme la chaux et la magnésie, est trop faible ou trop compact, c'est-àdire qu'il ne conservera pas sa forme ou qu'il déterminera un bouillonnement du métal, le gaz ne pouvant pas s'échapper librement. Si l'oxyde de fer est en quantité plus grande qu'il n'est indiqué ci-dessus, le sable aura une tendance à fondre, à s'agglomérer et former des vésicules à la surface du métal, à favoriser le dégagement des gaz et provoquer des soufflures dans l'intérieur de la pièce. Chaque espèce de travail demande une variété de sable. Tantôt il faudra employer un sable poreux et adhérent, tantôt il faudra se servir d'un

152 ALLIAGES METALLIQUES

sable très fin, exempt de grès, très adhérent, de façon à se conformer aux parties les plus fines du modèle.

Le meilleur sable pour moulage se trouve souvent sur les rives des grands fleuves, dans le voisinage des montagnes de granit ou d'ardoise, dans les régions carbonifères où les bancs des rivières sont surtout formes de sable. Dans quelques localités, il contient trop d'oxyde de fer et est plus fusible ; mais on peut remédier à cet inconvénient en le mélangeant à du poussier de charbon de terre. Kampmann dit qu'on peut faire artificiellement un bon sable pour moulages de la façon suivante :

Sable quartzeux fin 93

Ocre rouge anglais 2

Alumine, le moins calcaire possible . . 5

Sable à noyaux. — Ce sable doit être gras, poreux et très adhérent, comme le sable fin provenant de l'érosion des roches ; le sable des rivières ou du bord de la mer et les scories des hauts-fourneàux en poudre sont souvent mélangés avec du sable fin, et un peu d'argile pour rendre adhérent. Chaque fois, on doit employer du sable frais, car le vieux sable, le sable brûlé ou le sable mélangé au charbon ne sont pas convenables. Une partie d'argile avec neuf de sable donnent une matière suffisamment bonne pour les noyaux petits et simples; mais pour les pièces compliquées et volumineuses, il faut employer un sable de meilleure qualité.

Sable sec. — On a besoin d'une substance ne retenant pas l'humidité. On préfère les briques rouges pilées, mais le sable blanc, le sable de mer et de rivière et les scories des hauts-fourneaux sont aussi employés.

Sable fin. — Dans quelques variétés de sable, quand le métal fondu peut venir en contact immédiat, il se produit une vitrification superficielle, et par suite la pièce devient

LAITONS 99

Remarques sur le pr(' cèdent tableau. — Les nombres de la colonne 6 représentent l'intensité de teinte de la même couleur. Dans la colonne 7, les lettres sont des abréviations pour les caractères des cassures d'après la nomenclature deMallet; ainsi F. F., finement fibreux; C, conchoïdal ; V. C, vitreuxconchoïdal ; F. C, finement cristallin; G. C, grossièrement cristallin. La résistance à la traction était déterminée sur des prismes d'une section égale à 1/4 pouce carré (1,60^9.), sans que l'échantillon ail été martelé ou comprimé après la coulée, et les poids donnés sont ceux que chaque prisme supportait pendant quelques secondes avant la rupture.

« Le n" 6 ressemble au tombac comme couleur, mais il n'est pas aussi bon pour le laminage, le martelage ou l'étirage en fils que le laiton rouge ordinaire, qui contient relativement moins de cuivre par rapport au zinc.

» Le n° 8 se rapproche beaucoup du tombac, dont les propriétés sont les mêmes au point de vue du travail.

« Le no 10 est celui dans lequel la couleur rouge commence à passer à la couleur jaune laiton; il se comporte très bien dans le laminage, le martelage et l'étirage en fils.

Le n" 13 a les mêmes qualités que le laiton ordinaire. Karslen remarque que c'est cet alliage qui a été recherché pendant quelque temps en Angleterre sous le nom à' or-mosaïque .

(( Le n° 14 ne diffère pas du laiton ordinaire quant à ses qualités de travail.

« Le n° 16 contient 4 0/0 de zinc de plus et 4 0/0 de cuivre de moins que le laiton ordinaire. La couleur n'est pas plus pure que celle du laiton, mais cet alliage aune teinte rougeâtre ; il se travaille excessivement bien dans le laminage, le martelage et l'étirage en fils.

« Le n° 19 est beaucoup recommandé à cause de sa couleur d'or, et quoique plus tenace et moins dur que le précédent, il

100 ALLIAGES METALLIQUES

est sec. Bien adapté pour les produits coulés. Très flexible après une coulée, s'il est encore chaud. Froid, il est difficile à couper, et est plutôt cassé que coupé. Les lingots, après être coupés, recuits et refroidis, ne peuvent plus être laminés. Si après avoir été chauffés et refroidis à la température de Teau bouillante, ils sont laminés, on obtient des feuilles très cassantes, fragiles, très craquelées sur les bords, à moins qu'on ait eu recours à de fréquents recuits pendant le laminage ; cet alliage est tout à fait impropre au laminage, au martelage et à l'étirage en fils.

« Le n° 20 est flexible pendant qu'il est très chaud. Il se lamine assez bien à froid, quoique fréquemment il se fendille sur les bords. Si on le lamine en feuilles minces, il faut le recuire plus souvent que le laiton commun. Il ne peut pas être soudé, car il fond à la môme température que la soudure. Il ne convient pas pour l'étirage en fils.

« Le a" 21 a une cassure dont l'aspect est réticulé. Il est assez tenace, mais par le martelage, il devient si cassant qu'à aucune température, on ne peut l'étirer pour les besoins pratiques.

« Le n° 22 a un brillant si peu métallique qu'on le reconnaîtrait difficilement comme un alliage métallique . Son extrême aigreur et sa fragilité, combinées à sa cassure parfaitement conchoïdale et unie, lui donnent plutôt l'aspect d'un composé sulfuré que celui d'un mélange de deux métaux.

« Le n° 23 est plus sec que le précédent ; sa cassure est unie, même légèrement conchoïdale ; il a un grand brillant métallique.

« Les n°' 25, 26, 27, 28, 29 et 30 sont très secs, trop durs pour être étirés ou tournés ; leur éclat est presque égal à celui du métal à miroirs.

LAITONS 101

« Le n" 31 est à peine malléable.

c Le n" 32 est sec ; sa cassure est granulée, grossière ; assez tenace, il ne peut être travaillé sous le laminoir ou le marteau .

« Le n" 33 est sec.

(' Le n° 34 ressemble beaucoup au précédent, quant à ses propriétés.

« Le n° 36 est sec.

'< Le n° 38 a une cassure finement granulée.

« Le n° 39 a une ténacité suffisante pour être travaillé au laminoir et au marteau, mais après le recuit, il ne supporte pas le refroidissement. »

ALLIAGES METALLIQUES

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