LISTE DES AUTEURS CITÉS DANS LE TABLEAU PRÉCÉDENT

Bo. — Bolley. — Essais el recherches chimiques, Paris, 1869, p. 345, 348.

Cr. — Croockewit. — Erdmann's Journal, 1848, vol. XIV, p. 87, 93.

C.-J. — Calvert et Johnson. — « Poids spécifiques », Phil. Mag., {859, vol. XVII, p. 114, 121 ; « Conductibilité de la chaleur », Phil. Trans., 1858, p. 349, 368.

De. — S.B. Deam. — « Notes d'artillerie », n" XL, Washington, 1875.

La. — Lafond. — Dingler's Journal, 1855, vol. CXXXV, p. 269.

Ml. — Mallet. — Phil. Mag., 1842, vol. XXI, p. 66, 68.

Ma. — Matthiessen. — Phil. Trans., 1860, p. 161 ; 1864, p. 167, 200.

Mar. — Marchand et Scheerer. — Journal fur praktische Chemie, vol. XXVII, p. 193 (Clark, Constantes de la nature).

Mus. — Musschenbrock. — Ure's Dictionary, article « Alloy ».

Ri. — Riche. — Annales de chimie et de physique, 1873, vol. XX, p. 351,419.

U. S. B. — « Rapport de la Commission des alliages métalliques, nommé par le bureau des Etats-Unis, pour les essais de fer, d'acier, etc. »

T. — Thomas Tomson. — Annales de chimie, 1814, p. 46, 58.

W. — Watt. — Dictionnaire de chimie.

Wa. — Major Wade, de l'armée des Etats-Unis. — « Rapport sur les expériences sur les métaux pour canons »,

We. —Wiedmann.— Phil. Mag., 1860, vol. XIX, p. 243, 244.

182 ALLIAGES METALLIQUES

Notes sur le tableau. — Les nombres relatifs à la ductilité, à la dureté etàla fusibilité sontdonnés d'après les expériences de Mallet et sur une série de 16 alliages, le nombre \ représentant le maximum et 16 le minimum de la propriété. La ductilité des métaux cassés est représentée par le nombre 0.

La ductilité relative donnée par la Commission des Etats- Unis est l'extension proportionnelle des fibres extérieures des pièces soumises à la torsion, déterminée par une méthode d'enregistrement. L'ordre de ductilité ainsi obtenu diffère beaucoup de celui de Mallet.

Les nombres se rapportant à la dureté relative, d'après Galvert et Johnson, ont été obtenus par l'emploi d'un instrument contondant; l'échelle est telle que la fonte a la valeur 1000. Le mot rompu, dans cette colonne, indique que l'alliage s'est rompu, montrant que la dureté relative ne pouvait pas être mesurée, mais qu'elle était considérablement plus grande que celle de la fonte.

Pour les poids spécifiques, il y a accord entre les différents auteurs pour les alliages contenant moins de 35 0/0 d'étain ; les nombres de Mallet sont cependant généralement beaucoup plus bas que ceux des autres. Dans les alliages contenant moins de 35 0/0 d'étain, il y aune grande variation parmi les nombres donnés par les différents auteurs, ceux de Mallet étant généralement inférieurs. Quelques résultats, donnés par M. Riche, qui a étudié l'influence du recuit, de la trempe et de la compression, montrent que la compression tend spécialement à augmenter le poids spécifique des alliages contenant moins de 20 0/0 de zinc jusqu'à 8,9 ; ceci tient simplement à la disparition des soufflures, par suite à la diminution de la porosité. Le poids spécifique 8,953 était obtenu par le major Wade en coulant dans un

moule en fer une petite barre d'un métal qui, s'il était coulé dans un moule d'argile, avait un poids spécifique de 8,313. Le premier résultat est exceptionnellement haut, et il indique probablement que les circonstances de la fusion, de la coulée, du refroidissement, étaient favorables à l'exclusion des gaz donnant les soufflures et à la formation d'un métal parfaitement compact.

Les nombres relatifs à la ténacité, donnés par Mallet, Musschenbrock et Wade, s'accordent avec ceux trouvés dans les expériences autant qu'on peut l'espérer, étant données les résistances très variables d'alliages de même composition indiquées par tous les auteurs.

Le nombre de Mallet pour le cuivre, 38,7 kg. par mm.^ est certainement beaucoup trop haut pour le cuivre fondu ; la pièce qu'il a essayée était certainement laminée ou peut-être étirée en fils. Haswell, dans son dictionnaire, donne les nombres suivants pour la résistance du cuivre à la tension ; il n'indique pas les auteurs :

Cuivre forgé 23,9 kg. par mm.*

— laminé 25,3 —

— fondu (Amérique). . 17.0 —

— en fils 43,0 —

— en chevilles .... 2S,9 —

La résistance du bronze des canons n'est pas donnée dans le tableau, dans lequel on ne compare que les chiffres relatifs à la ténacité d'alliages fondus dans les conditions ordinaires, et non d'alliages comprimés, laminés ou coulés sous pression.

Variétés commerciales de bronzes.

§68. — Métal pour canons. — Quoique le bronze ait été complètement remplacé par le fer et l'acier pour la fabrication

ALLIAGES METALLIQUES

des canons, il n'est pas moins intéressant à étudier à ce point de vue. Pour les constructions de l'artillerie, on doit employer un métal capable de résister à des pressions très, grandes et très subites, car on a calculé qu'en faisant partir un coup de canon dans une arme ordinaire, il se développe une pression de 2000 atmosphères : il faudra donc un métal possédant une résistance particulière pour un tel emploi. Beaucoup d'expériences ont été faites pour déterminer les meilleures proportions de cuivre et d'étain susceptibles de donner un alliage pour canons ; mais il n'a été adopté aucun type uniforme par les différentes nations, chacune préférant un alliage spécial. Deux alliages ayant exactement la même composition chimique possèdent des propriétés très différentes d'après le traitement mécanique qu'ils ont subi ; et à moins que nous ne connaissions les conditions dans lesquelles un canon est finalement terminé, il est impossible d'établir un tableau de comparaison en se basant simplement sur l'analyse chimique. C'est probablement la raison pour laquelle, dans les canons de pays différents et à diverses époques de l'histoire, un type uniforme n'a pas été adopté. Le tableau suivant éclaircira ce point :

Artillerie anglaise. .

id. . .

Canons de 8 ... .

Artillerie prussienne

— française .

— américaine

— russe (1819)

— suisse . .

— chinoise .

Cuivro.

Eiain.

Fer.

Zinc.

Plomb.

Les proportions les plus convenables pour l'alliage des

canons varient de 8 à 4 i parties de cuivre pour l d'étain ; d'après Harsten, on doit préférer 9 parties de cuivre pour 1 d'étain. L'alliage de H parties de cuivre pour 1 d'étain semble uniforme après un refroidissement rapide, s'il est examiné simplement à l'œil ; mais si on le regarde avec une lentille, il apparaît composé de facettes striées d'un alliage rouge mélangé à un blanc. Si la solidification est encore plus rapide, par exemple en employant un moule en fer épais, on obtient un alliage parfaitement uniforme, même examiné avec une loupe. Refroidi dans l'eau après avoir été de nouveau chauffé fortement, il reste homogène ; mais il suffit de le refroidir lentement après avoir continué à le chauffer pour qu'il devienne variable en composition, semblable à celui qu'on avait obtenu tout d'abord par refroidissement lent après l'avoir fondu. De là, l'alliage qui est uniforme à son point de fusion, même s'il est fortement chauffé, se sépare en deux alliages différents, s'il est refroidi lentement. La grosse masse d'un canon ne peut pasêtre refroidie suffisamment vite, même à l'aide de moules conduisant bien la chaleur; on ne peut donc pas éviter la séparation de deux alliages distincts : Tun plus riche en cuivre se solidifie d'abord; l'autre plus riche en étain (82,3 0/0 de cuivre et 17,7 d'étain) monte en partie à la surface, l'autre partie allant au fond du moule.

Le métal pour canons doit posséder un degré considérable de dureté et d'élasticité, car, en faisant partir un coup de canon, la cartouche agit quelque temps sur les côtés, et si le métal cède d'une façon permanente à la pression exercée, l'âme de l'arme perd graduellement sa forme cylindrique, et alors il devient de plus en plus difficile de viser sur un but donné. De plus, en tirant un coup de canon, il se dégage une grande quantité de gaz qui ont une action plus ou moins corrosive sur le métal, de sorte qu'il est préférable d'employer

186 ALLIAGES METALLIQUES

l'alliage qui est le moins attaqué par ces gaz, pourvu qu'il ait une résistance suffisante; Bref, un bon métal pour canons doit réunir les qualités suivantes : être très tenace, suffisamment dur et élastique pour ne pas se déjeter, indifférent aux actions chimiques ordinaires, légèrement liquide à l'état fondu et capable de se solidifier facilement dans le moule lorsqu'il est coulé.

Dans les temps modernes, on a exclusivement employé le cuivre et l'étain, car ils offrent au plus haut degré tous les avantages précités, et quoique l'addition d'un troisième métal puisse être avantageuse pour augmenter une propriété particulière, elle nuit cependant à l'ensemble des qualités requises pour le métal à canons. L'addition d'un peu de phosphore est utile dans certains cas, mais cette substance ne doit être ajoutée qu'en très petite quantité. En fait, le phosphore est mis comme moyen de purification; la quantité restante dans le bronze est infiniment petite et ne peut pas être considérée comme facteur dans l'alliage final. Dans les vieux canons, on a trouvé beaucoup de substances étrangères, telles que le nickel, le cobalt, le plomb, le fer, le bismuth, l'arsenic, etc. ; mais dans beaucoup de cas, les quantités sont si petites qu'elles peuvent être regardées comme des impuretés accidentelles, et non pas comme ayant été introduites dans l'alliage. Le plomb, le zinc et le fer ont été sans doute ajoutés dans certains cas pour obtenir un effet donné. Les autres métaux signalés sont des impuretés provenant du cuivre commercial, qui était autrefois beaucoup plus impur que maintenant.

Le terme métal pour canons {gun métal) n'est pas exclusivement réservé aux alliages de cuivre et d'étain, car souvent on y ajoute du zinc et d'autres métaux ; en fait, cette expression semble s'appliquer à tout alliage dans lequel le cuivre

prédomine largement, et qui possède une résistance et une dureté considérables. Quelques alliages triples de cuivre, étain et zinc possèdent beaucoup d'excellentes propriétés qui les font apprécier pour certaines parties des machines et pour les métaux antifriction ; ils sont compris sous le nom général de alliages pour machines. Voici la composition de quelques-uns de ces alliages :

Nos

Cu.

Sn.

Zn.

Couleur.

Rouge pâle.

Jaune-rougeâtre.

Jaune.

id.

Rose-jaunâtre pâle.

Jaune.

Jaune-verdâtre.

Le n° I est dur, malléable et tenace. Le n° Il est dur, excessivement peu flexible, et se brise facilement. Les n"' III et IV se travaillent bien à la lime et au ciseau. Le n° V est dur, quoique un peu malléable. Le n» VI est dur et résistant, tenace; il se travaille très bien à la lime et au ciseau. Le n° VII est dur ; il se brise facilement, mais peut être limé.

Les alliages contenant moins de 66 0/0 de cuivre sont durs et cassants ; si la proportion tombe à 50 0/0, ils deviennent extrêmement durs et cassants. L'addition d'un peu de plomb rend les alliages ci-dessous plus faciles à tourner et à limer. Un échantillon de l'alliage métal pour canons , donné comme étant très résistant et de longue durée, employé pour les échappements des roues à couronne, a donné à l'analyse :

Cuivre 87,85

Zinc 5,07

Etain ' 4,96

Plomb 1,84

Fer . 0,28

Un alliage préparé par M. Stirling, et essayé à l'arsenal de Woolwich, aune résislance'àla flexion beaucoup plus grande que le bronze ordinaire ; il contient :

Cuivre 87,0

Etain 8,7

Zinc 4,3

Cet alliage est difficile à obtenir à l'état sain et homogène.

Métalià cloches.

§ 69. — Les difl"érents alliages employés pour la fabrication des cloches consistent essentiellement en cuivre et étain, mais dans quelques cas on ajoute d'autres métaux en petite quantité, soit pour en diminuer le prix, soit pour obtenir un son déterminé. Les métaux généralement employés sont : le zinc, le plomb, le fer, quelquefois le bismuth, l'argent, l'antimoine et le manganèse. Le tableau suivant donnera la composition de quelques alliages.

Cloches musicales

Cloches fines

Gongs

Cloches de maisons

Id.

Grandes cloches

Cloches d'horloges suisses. .

Vieille cloche de Rouen . . .

Sonneries de pendules, . . .

Cloche d'alarme de Rouen. .

Tam-tam

Rarakane japonais

Id

Id

Sonnettes de table blaqches .

Id.

Petites sonnettes

ji

ii2

De petites sonnettes sont faites aussi avec du iaiton laminé, ce qui a surtout lieu, si, par suite de l'ornementation extérieure, on doit obtenir une pièce à parties repoussées ou estampées; mais le son de telles cloches est de qualité inférieure. M. P. M. Parsons dit que. le bronze de manganèse est particulièrement usité pour les grandes cloches.

Les avantages que cet alliage présente sont que les cloches ont une sonorité identique, quelquefois plus grande, avec un ton plus doux, et qu'elles sont en môme temps si dures qu'elles ne peuvent pas être craquelées comme les cloches faites avec du métal ordinaire, qui est cassant à cause de la sonorité requise. Un bon métal pour cloches doit avoir un son tout à fait pur, dont la qualité varie suivant l'emploi. Le son peut être modifié par la composition chimique, mais il dépend aussi du mode de fabrication de l'alliage. Le métal doit être dur, homogène, résistant et d'un grain fin. La couleur d'un bronze de composition normale, contenant de 76 à 80 0/0 de cuivre et de 20 à 24 0/0 d'étain, est gris-bieuàtre ; très lentement refroidi après avoir été chauffé au rouge, le métal est très dur, difficile à limer, sonore, cassant; sa cassure présente un grain fin. Chauffé au rouge et rapidement refroidi par immersion dans l'eau froide, il devient modérément doux, peut être limé, tourné, et est susceptible d'être travaillé autrement. Il peut être durci en le chauffant au rouge et refroidissant lentement. Un peu au-dessous du rouge, il est malléable. Un alliage de 80 0/0 de cuivre et 20 0/0 d'étain, refroidi lentement après fusion, a une apparence striée gris-brunâtre et est très cassant. S'il est subitement refroidi dans l'eau après avoir étéchautîé au-dessous du rouge, il devient gris-jaunâtre et malléable. Pendant la chauffe, si la température monte trop haut, des globules blancs d'un alliage riche en étain se séparent, de sorte que le

190 ALLIAGES METALLIQUES

métal à cloches semble se résoudre en deux alliages aune température inférieure à son point de fusion ; ces deux alliages, par un refroidissement lent, donnent un alliage cassant, mais ils restent séparés si le refroidissement est rapide (1).

Le ton d'une cloche est matériellement influencé par ses dimensions et sa forme, par l'épaisseur du métal et le rapport de la hauteur au diamètre. L'habileté du fondeur de cloches n'est pas seulement exercée en déterminant la meilleure composition de l'alliage, mais aussi en cherchant la forme exacte et la dimension pour une note et un son donnés, ce qui est important pour les carillons. Quelques sonnettes de table sont faites de deux parties, ayant un marteau de chaque côté, les deux sons différant d'une tierce mineure ou majeure : on a ainsi une combinaison agréable des sons lorsque l'instrument est frappé.

On préfère quelquefois que les sonnettes de table soient blanches, ce que l'on obtient en coulant le métal blanc indiqué dans le tableau précédent ; ou bien les alliages ordinaires sont blanchis par addition d'étain ou de nickel. Les sonnettes sont d'abord très bien polies, puis placées dans de l'eau chaude additionnée de crème de tartre ; une couche d'étain en grenailles est placée entre chaque rangée de sonnettes dans le bain, qui est porté à la température de 100° C. pendant deux ou trois heures. Les objets sont ensuite retirés, lavés à l'eau et finalement polis avec de la peau de chamois. Beaucoup de sonnettes sont maintenant nickelées.

La fusion et le coulage du métal pour cloches sont semblables à ceux du bronze. En général le cuivre est d'abord fondu, puis l'étain est ajouté, et le tout est vigoureusement remué. Si l'on emploie des débris avec du métal neuf, on les fond

(l) Watt, Dictionnaire, vol. II, p. 44.

avec le cuivre, puis ou ajoute de l'étain neuf. Dans la coulée des petites cloches, il n'est pas besoin de chape comme pour le laiton ordinaire. Les modèles, la face convexe en dessus, sont placés sur une planche, et un châssis de coulée est placé par dessus ; on saupoudre du sable sec, plus généralement de la brique pilée, pour empêcher l'adhérence des modèles. Une couche de sable cru, finement pulvérisé dans un mortier, est alors placée sur les modèles,et le bâti est rempli avec du sable ordinaire. Le sable est bien tassé, d'abord avec les mains, puis avec un maillet, quelquefois avec les pieds. Une planche est placée dessus, et le tout retourné : un côté du moule est maintenant fini. Le chapeau du moule est fixé sur le dessus du châssis précédent, et l'intérieur du modèle saupoudré. On ajoute du sable et on le tasse comme il a déjà été dit, on place une planche dessus, et on retourne le double châssis. On frappe dessus avec un maillet pour détacher les modèles, qui sont enlevés avec soin, et on saupoudre le noyau formé avec un mélange de charbon de bois et de noir de fumée, f^es châssis sont clavetés ensemble, et on coule. Le fondeur fait pratiquement cinq moules avant la coulée.

Les petites sonnettes sont aussi souvent coulées dans des matrices en fonte. Il a été souvent observé que les cloches coulées avec du métal ayant déjà subi plusieurs fusions acquièrent un son désagréable ; on attribue ceci à la formation d'oxydes métalliques se dissolvant dans le métal fondu. Si un tel métal est traité par une substance désoxydante, comme le phosphore, le silicium, le manganèse, le magnésium, etc., il y a réduction des oxydes métalliques, l'oxygène s'unissant avec la substance ajoutée et passant dans le laitier. Les agents désoxydants doivent être employés en très petite quantité ; autrement l'excès rentrerait en combinaison avec l'alliage, et

194 ALLIAGES METALLIQUES

ce serait un grave inconvénient au lieu d'être un remède.

Les tam-tams et les gong^ chinois sont caractérisés par un son fort et pénétrant, dû au traitement mécanique auquel sont soumis ces instruments. Aussitôt que les lames sont bien solidifiées, elles sont retirées du moule, chauffées au rouge-cerise dans un fourneau, puis prises entre des disques de fer pour qu'elles ne se déjettent pas; le tout est plongé dans l'eau froide et mis à refroidir. Après ce traitement, elles sont suffisamment malléables pour se travailler sous le marteau.

Pour les grandes cloches, le métal est fondu dans un four à réverbère, et l'alliage fondu doit être chauffé pendant quelques heures pour obtenir une texture plus homogène et moins cristalline. Si l'on doit ajouter du zinc à un tel alliage, il est préférable de le mettre sous forme de laiton, en calculant bien entendu ce que ce laiton contient de cuivre. La quantité relative des métaux formant l'alliage peut être calculée et mélangée d'après cette méthode; mais l'opération de la fusion a une influence sur la résistance du métal. Les constituants les plus volatils se perdent en plus grande quantité que le cuivre, de sorte que le fondeur prend des essais avant la coulée et ajoute le métal qui est en déficit. L'échantillon d'essai est pris dans une petite cuiller en fer, le métal est brisé quand il est froid, et la qualité est déterminée par le caractère de la cassure, la ténacité, etc.

La description suivante de la coulée d'une grande cloche est donnée d'après le Guide du Fondeur, par Overmon.

La fig. Il représente le moule tel qu'il est installé dans la fosse. Le noyau est bâti en briques, sur une plate-forme en fer; il est recouvert d'une couche de terre franche chevelue de 20 à 2a mm. d'épaisseur; on finit par une composition d'argile et de brique pilée finement pulvérisée. Cette dernière

est mélangée avec du crottin de cheval, auquel on ajoute un peu de sel ammoniac. Sur le noyau, la chemise est en sable argileux, mais elle est encore recouverte d'argile fine pour donner une surface polie. Les ornements qui ont été préalablement moulés dans la cire, le bois ou le métal, sont fixés sur la chemise au moyen de cire, de glu, ou de toute autre matière. Si les ornements sont de nature à empêcher le démoulage du manteau, — car le manteau ne peut pas être divisé, — ils sont fixés à la chemise par du suif, ou un

Fig. H.

mélange de suif et de cire. Un peu de chaleur communiquée au moule fondra le suif, et les ornements pourront être retirés lorsque le manteau aura été séparé du noyau. La chemise doit être bien polie ; on ne doit employer aucun ctiarbon, le tout étant légèrement saupoudré avec des cendres de bois. Entre le noyau et la chemise, on fait également un lit de cendres. Pour former le manteau, on enduit le noyau avec une bouillie d'argile, de briques pilées et de crottin de cheval ; par dessus, on met de la terre franche chevelue, puis de la terre franche paillée. La couronne de la cloche est moulée avec un modèle en bois après que le trousseau est retiré.

HlORNS

194 ALLIAGES METALLIQUES

Le crochet de fer pour le marteau est placé dans le creux laissé parle trousseau ; il se trouvera ainsi pris dans le noyau et rentrera dans l'épaisseur du métal de la cloche. La paroi du moule doit être finie lorsqu'on retire le manteau. Il peut y avoir de petits défauts qui sont laissés tels s'ils ne sont pas très importants ; l'excès de métal en ces endroits est enlevé après que la cloche est coulée. Dans le finissage du moule, on doit s'efforcer d'obtenir un saupoudrage uniforme des cendres. Lorsque le moule est parfaitement sec, il est prêt à être employé. Le noyail peut être rempli avec du sable ; mais il n'y a aucun danger à le laisser ouvert, car le métal pour cloches ne dégageant pas beaucoup de gaz, il n'y a pas à craindre d'explosion. Le manteau est, dans une certaine mesure, armé en fer ; mais la principale précaution est de bien tasser le sable de la fosse. Le trou de coulée est sur le haut de la cloche, ou dans la couronne, ou, si cette dernière est ornementée, sur un côté. Les masselottes sont inutiles; le métal étant purifié avant la coulée, il n'y a aucun danger de cendrure. »

Métal à miroirs.

§ 70. — C'est un métal parfaitement blanc, susceptible d'un beau poli, employé d'abord pour les miroirs ; il n'est utilisé maintenant que pour la fabrication de certains objets, comme les miroirs des instruments d'optique ; il est même remplacé là par le verre. Sa composition type est représentée parla formule SnCu' (66,6 0/0 de cuivre et 33,4 0/0 d'étain). Le métal du grand télescope de lord Ross conlient 68,21 de cuivre et 31,79 d'étain. Cet alliage a un éclat blanc brillant; son poids spécifique est 8, 811 : presque aussi dur que l'acier, il est cassant. Le miroir a 1 m. 83 de diamètre et 133 mm. d'épaisseur; il pèse plus de 3050 kgrs. La coulée