kil. par cmq

ou 14.450 Ibs. par pouce carré. . . .

385 kil. par cmq. ou 5.562 Ibs. par pouce carré

Tension pour 100.

ALLIAGES METALLIQUES

Bronze silicié.

§74. — En 1881, M. Weiller d'AngouIême fit une série d'expériences avec les fils de bronze phosphore, pour les essayer au point de vue télégraphique et téléphonique ; il trouva que cet alliage avait une conductibilité de un tiers moins grande que celle du cuivre, mais 2 fois et demie plus grande que celle du fer et de l'acier. La conductibilité n'étant pas suffisante pour la télégraphie, il fit du bronze silicié, alliage de cuivre et d'étain contenant du silicium. Il obtint ainsi un fil présentant la même résistance à la rupture que le bronze phosphore, mais beaucoup plus conducteur et apte à servir dans la télégraphie. M. W. H. Preece dit que le phosphore aune influence très fâcheuse surla conductibilité électrique du bronze, et que le bronze silicié lui est supérieur et l'a remplacé complètement. Il est aussi important de noter que, bien que les fils de bronze silicié soient beaucoup plus légers que les fils ordinaires, ils ont une résistance égale. On affirme que s'ils se brisent, ils ne tomberont pas à terre comme les fils ordinaires ; à cause de leur grande élasticité, ils rebondiront et se mettront en pelote. Il en est de même avec le bronze phosphore. Le tableau suivant donne les propriétés comparatives de différents fils :

Cuivre pur

Bronze silicié (télégraphe)

Id. (téléphone)

Bronze phosphore . . . .

Fer de Suède, galvanisé .

Acier Bessemer

Acier Siemens-Martin. .

Rësislance électrique n ohms par ktlomèire .

BRONZE SILICIE 205

E. van der Yen (1) a fait une série d'expériences pour déterminer la valeur des bronzes phosphore et silicié employés en électricité, principalement au point de vue des fils de téléphone : le bronze phosphore a une conductibilité égale environ aux 30 centièmes de celle du cuivre, celle du bronze silicié étant les 70 centièmes ; celle de l'acier est seulement les t05 millièmes de celle du cuivre. Comparant les résistances à la tension, il trouve qu'un fil d'acier, de 2 millimètres de diamètre, avec une enveloppe de protection quadruple et la /?ècAe conventionnelle de 0,7 millimètre, peut avoir une portée de 130 mètres de poteau à poteau. La portée d'un fil de bronze phosphore, de 1 millimètre de diamètre, dans les mêmes conditions, serait de 106 mètres, et celle d'un fil de bronze silicié de 91 mètres. Ces alliages, avec des diamètres respectifs de 1,18 millimètre et 0,77 millimètre, ont la même résistance électrique qu'un fil d'acier de 2 millimètres de diamètre.

Le bronze silicié est précieux à cause de sa grande résistance et de sa grande ténacité, de sa conductibilité et de sa résistance à la corrosion sous l'influence des agents atmosphériques ; il est un des meilleurs moyens pour la transmission de la force électrique. Il peut être fait presque aussi fort que l'acier, et a une conductibilité triple. La fabrication de cet alliage a été beaucoup perfectionnée ; les derniers échantillons ont une conductibilité moindre pour l'électricité, mais une plus grande résistance de tension, ce qui permet aux fils d'être rendus plus fins et aux supports d'être à plus grande distance. Les fils de bronze silicié sont très employés sur le continent pour les téléphones ; ils résistent remarquablement bien à l'action de vents violents, ce qui est dû, dans une certaine

(1) Musée Teyler, Electroteehnische Zeitsch., 1887.

206 ALLIAGES METALLIQUES

mesure, au petit diamètre du conducteur. Dans un cas, à Reims, une ligne ayant une'portée de 300 mètres fut exposée à l'action d'un vent soufflant directement en travers ; elle résista admirablement. La Compagnie générale italienne des téléphones a employé des fils de bronze silicié pendant quelque temps, sans aucun accident. Des ingénieurs des chemins de fer ont prouvé que cet alliage résistait à l'action de la neige dans les pays froids et montagneux. Lorsque les fils ont été recouverts avec la neige et affaissés considérablement, ils reprennent immédiatement leur position normale dès que la neige est enlevée. Les poteaux de la Compagnie des chemins de fer d'Autriche, qui utilise le bronze silicié, sont distants de 100 à 220 mètres dans le pays de plaine, et de 50 à 150 mètres dans la région montagneuse. M. Robbey(l) dit que le blizzard, qui faisait tant de mal aux fils télégraphiques dans les Etats-Unis en 1887, ne rompait point ceux faits en bronze silicié.

D'après Weiller, le cuivre silicié et le bronze silicié sont faits de la manière suivante. Il recommande les proportions indiquées ci-dessous : en poids, 4S0 parties de fluosilicate de potasse, 600 de verre pilé, 250 de sel ordinaire, 75 de carbonate de soude, 60 de carbonate de chaux et 500 de chlorure de calcium sec. Le mélange est chauffé dans un creuset de plombagine couvert, un peu au-dessous de la température où les différentes matières commencent à réagir l'une sur l'autre ; il est alors ajouté au cuivre ou au bronze fondu. Le silicium réduit se combine avec le métal ou avec l'alliage.

L'action du silicium sur le cuivre ou le bronze est semblable à celle du phosphore. 11 agit comme désoxydant, et la silice formée étant acide, c'est un flux excellent pour les quel-

(1) Mémoire lu à l'Institut des ingénieurs du Cleveland, déc. 1888.

BRONZE DE MANGANESE 207

ques oxydes métalliques encore non réduits. Le silicium entre aussi en combinaison chimique avec l'alliage.

Bronze de manganèse.

§ 75. — C'est une nouvelle combinaison introduite par M. P. M. Parsons (1). Le cuivre et le fer s'unissent à haute température en proportions variées, en formant des alliages de grande dureté, et si le fer existe dans une certaine proportion, la ténacité et l'élasticité du cuivre sont augmentées. Les mômes remarques s'appliquent au laiton et au bronze. Il paraît établi cependant que les propriétés précédentes sont acquises aux dépens de la ductilité et de la dureté. L'effet du fer étant connu, quelques métallurgistes ont essayé l'influence du manganèse, en réduisant l'oxyde de manganèse par le carbone en présence du cuivre. MM. Stirlinget A. Parkesont tous deux employé le manganèse pour l'allier au cuivre, au laiton et à d'autres alliages. M. Evcritt, de Birmingham, a introduit le manganèse dans le métal jaune pour le doublage des navires et usages semblables.

Aucune expérience comparative, quant à la résistance, à la dureté, à la ductilité et aux autres propriétés de ces alliages, ne semble avoir été publiée. L'effet du manganèse est d'ajouter quelque chose à la ductilité et à la dureté des alliages de cuivre, et de permettre au cuivre, au zinc, etc., de qualité ordinaire d'être employés pour des usages déterminés. En 1876, M. Parsons introduisait son mode de fabrication des laitons et bronzes manganèses en mélangeant le ferromanganèse avec du cuivre, et utilisant cet alliage triple pour faire des alliages variés de cuivre, tels que le laiton et le bronze.

(!) Brilish Assoc. Report, 1883.

208 ALLIAGES METALLIQUES

§ 76. — Cupromanganèse. — Le cuivre et le manganèse s'unissent en proportions variées, formant des alliages rouges comme le cuivre, ou blanc d'argent, suivant la quantité de manganèse présent. Ils possèdent une dureté et une ténacité considérables ; quelques-uns sont très ductiles et plus fusibles que le bronze ordinaire. Coulés dans des moules, ils sont très sains et exempts de soufflures. La grande difficulté d'obtenir des alliages contenant beaucoup de manganèse est due à l'affinité de ce métal pour l'oxygène et à la haute température nécessaire pour réduire l'oxyde de manganèse généralement employé comme source du métal. Ceci rend très difficile la production d'alliages homogènes avec une quantité donnée de manganèse.

L'oxyde pur de manganèse ne se rencontre pas dans la nature, sauf de rares exceptions ; le minerai généralement employé est Xapyroiusite, qui contient des oxydes d'autres métaux, réduits en môme temps que le manganèse et entrant dans la composition de l'alliage. La pyrolusite est employée dans la fabrication du chlore, et le produit accessoire peut être utilisé pour obtenir un oxyde de manganèse relativement pur, qui sert à faire le cupromanganèse en le réduisant avec du cuivre.

Le cuivre est finement granulé, mélangé avec du charbon de bois et de l'oxyde sec de manganèse, en couches alternatives, dans un creuset de plombagine ; le tout est couvert avec une épaisse couche de poudre de charbon de bois. On met un couvercle pour empêcher l'accès de l'air ; on place le creuset dans un fourneau à vent et on l'expose à la plus haute température pendant quelques heures. L'oxyde est graduellement réduit à l'état métallique et s'allie au cuivre, formant le cupromanganèse qui se réunit dans le fond du creuset. Lorsque l'opération est terminée, le creuset est retiré du fourneau,

BRONZE DE MANGANESE !!09

et le contenu est vigoureusement agité avec une baguette de fer pour mélanger complètement les constituants et avoir un alliage homogène. Le métal ainsi obtenu est blanc d'argent et ressemble au maillechort.

Le cupromanganèse est considérablement altéré par des fusions répétées, car le manganèse s'oxyde facilement ; le manganèse métallique n'étant pas commercial, on ne peut pas en ajouter pour réparer la perle, de même qu'on ajoutait du zinc au laiton. Bien plus, le creuset est fortement attaqué par l'oxyde de manganèse, qui a une forte affinité pour la silice et donne un laitier liquide. Les alliages contenant de 15 à 30 0/0 de manganèse ont une couleur blanche ; ils sont durs, très tenaces, et peuvent être forgés et laminés.

En faisant des alliages de laiton, bronze ou maillechort contenant du manganèse, le cupromanganèse doitôtre rapidement fondu sous le charbon de bois et ajouté à l'alliage; le tout est alors mélangé et coulé aussi vite que possible. Les proportions généralement employées sont les suivantes :

I II m IV

Cuivre 75 65 60 60

Manganèse 25 20 25 20

Zinc » 5 15 >'

Etain » » » 10

Nickel ». 10 » 10

§ 77. — Cupro-ferromanganèse. — M. Parsons prépare cet alliage en mélangeant une certaine proportion de ferromanganèse (alliage de fer et de manganèse) avec du cuivre, puis le produit est transformé en alliages similaires au bronze, au laiton et autres alliages de cuivre. Le ferromanganèse et le cuivre sont fondus dans des creusets séparés, et l'alliage ferrifère ajouté au cuivre. L'effet de celte combinaison est ana-

HlORKS 1*

210 ALLIAGES METALLIQUES

logue à ce qui se produit par l'addition du ferromanganèse au fer décarburé dans le Bessemer. Le manganèse et le fer à l'état métallique, ayant une grande affinité pour l'oxygène, purifient le cuivre des oxydes qu'il peut contenir, en se combinant avec l'oxygène ; ces oxydes montent à la surface sous la forme de laitier, et rendent ainsi le métal dense et homogène. Une portion du fer et du manganèse est utilisée de cette façon, et le reste se combine d'une manière permanente au cuivre, jouant un rôle important en améliorant et modifiant les propriétés des alliages de laiton et de bronze préparés avec le cuivre ainsi traité. L'effet est surtout d'augmenter la résistance, la dureté, la ténacité, à la volonté du fabricant, d'après la quantité de ferromanganèse employé et les proportions de fer et de manganèse dans ce ferromanganèse. On voit donc que ce procédé de faire le bronze de manganèse est tout à fait différent de celui décrit plus haut, et que le fer est ajouté à l'état combiné au manganèse.

Un autre point de grande importance que l'inventeur fait ressortir, c'est l'exactitude avec laquelle le fer et le manganèse peuvent être mélangés, et l'effet contrôlé par addition du ferromanganèse au cuivre. La quantité de manganèse nécessaire pour la désoxydalion du cuivre et pour la combinaison étant bien connue par expérience, il est établi que de très légères variations ont un effet certain sur les propriétés des alliages produits. La ténacité peut être augmentée, et la dureté diminuée, ou inversement, comme l'on veut, de la môme façon que dans la fabrication de l'acier, en augmentant ou diminuant le pourcentage du carbone et du manganèse. En préparant le ferromanganèse pour son usage, M. Parsons préfère un alliage riche en manganèse, de bO à 60 0/0. Celui-ci est fondu avec une certaine proportion de résidus de fer forgé de bonne qualité, de façon à ramener le

BRONZE DE MANGANESE Ml

manganèse à la proportion voulue. En même temps, le peu de silicium qu'il contient est réduit et le métal raffiné. On peut 'aire quatre qualités de ferromanganèse, contenant de 10 à 40 0 0 de manganèse métallique. Les métaux où il y a moins de manganèse sont employés pour les alliages de cuivre où il y a plus de zinc que d'étain, et les autres pour ceux qui ne contiennent que de l'étain, ou dans lesquels il y a plus d'étain que de zinc. La quantité de ferromanganèse ajouté varie généralement de 2 à 4 0/0.

La « Manganèse-Bronze and Brass Company » a fabriqué cinq différentes qualités de l'alliage ci-dessus. Dans les qualités inférieures, le zinc allié est considérablement en excès sur l'étain. Ces alliages sont coulés dans des moules métalliques, puis forgés, laminés ou travaillés à cbaud et transformés en tubes, plaques, doublages, fils, etc. Ils ne sont pas employés pour les moulages en sable. Une des plus importantes applications de la seconde qualité est de produire des articles coulés sous pression dans des moules métalliques. Les pièces ainsi obtenues sont réputées avoir toutes les caractéristiques de l'acier forgé, telles que la résistance, la ténacité et la dureté. Cet alliage est parfaitement homogène ; quoique ne possédant pas une texture fibreuse par suite du laminage ou du martelage, il présente encore ce caractère, non pas dans une direction, mais dans toutes les directions; et s'il est brisé, on obtient une belle cassure soyeuse. Sa résistance à la tension est de 30 à f>o kg. par mm. carré, et sa limite élastique de 23 à 33 kg., avec un allongement maximum de 12 à 22 0/0. Soumis à une pression, il se rétrécira sur lui-même avec une force égale jusqu'à sa limite élastique, et s'il est déchargé, il reviendra d'une quantité égale à environ le double de celle de l'acier. Un cercle rétréci sous l'action d'un cylindre solide de fer adonné les résultats suivants : il s'est étendu à chaud de

212 ALLIAGES METALLIQUES

0,03 de son diamètre, et, refroidi et déchargé, il est revenu environ de 0,003 de son diamètre.

Sa dureté est à peu près égale à celle de l'acier doux. Il a été comparé au métal à canons, au fer forgé et à l'acier; les essais étaient faits à l'aide d'un couteau à bord tranchant qui agissait sur la surface de ces métaux ; il a été fait une dent d'égale longueur dans chacun d'eux ; les pressions nécessaires étaient les suivantes :

Métal à canons 12

Fer forgé 13

Acier doux 20

Acier doux trempé dans l'huile ... 23

Bronze manganèse 20

Bronze manganèse durci par pression. 22 à 23 Ces résultats désignent cet alliage comme très convenable pour la construction des cylindres hydrauliques et autres qui doivent résistera de grands efforts, et aussi pour l'artillerie.

Le n° 3 est principalement composé de cuivre et d'élain, à peu près dans les mêmes proportions que le métal à canons, plus une grande quantité de ferromanganèse. Ses caractères principaux sont une grande résistance transversale, la ténacité, la dureté, la facilité avec laquelle il peut être coulé ; les pièces obtenues sont saines et homogènes. Cet alliage peut être fondu sans danger dans un fourneau à réverbère, ce qui est très important pour la fabrication des grandes pièces. M. Parsons dit qu'une barre de ce métal de 23 mm. en carré, coulée dans le sable de la manière ordinaire, placée sur des supports distants de G m. 303, ne se brise que sous une charge de 1900 kg. ; avant de se rompre, elle se courbe à angle droit, et elle peut supporter une charge de 770 à 820 kg. sans prendre une déformation permanente. Cet

BRONZE DE MANGANESE 213

alliage est employé pour les roues à engrenages, les supports etconnexions des machines, les tourillons, les supports des principaux coussinets des machines, les boîtes à graisse et les autres parties des machines locomotives. Il est aussi utilisé pour la sculpture, de même que pour la fabrication des grandes cloches.

La plus importante des applications de cette qualité de bronze manganèse, au point de vue commercial, semblerait être dans la construction des hélices des bateaux à vapeur. A cause de la grande résistance et de l'inaltérabilité de ce métal, les ailettes de l'hélice peuvent être faites moins épaisses que si l'on employait l'acier. Leurs surfaces sont très unies, et après être coulées , elles conservent théoriquement leur forme ; avec l'acier, il faut tenir compte de la corrosion possible, du manque de ténacité par suite de l'augmentation de l'épaisseur ; de plus, la forme des ailettes est modifiée pendant l'opération du recuit qu'elles doivent subir après la coulée. 11 a été prouvé par les journaux de quelques bateaux à vapeur qui avaient eu leurs hélices d'acier remplacées par des hélices de bronze manganèse^ que leur vitesse avait élé augmentée et la consommation de charbon diminuée, pendant que le poids, les vibrations et les efforts sur le navire et sur la machinerie avaient été considérablement réduits. Bien plus, en môme temps que ces avantages, il y a une grande diminution de prix, si l'on considère la durée moyenne d'un vaisseau ; car quoique le prix d'installation d'uni; hélice en bronze manganèse soit le double de celui d'une hélice en acier, pratiquement elle est indestructible ; l'hélice en acier doit être renouvelée à la fin de la troisième année de service, ce qui en porte le prix moyen à deux ou trois fois celui de l'hélice en bronze manganèse.

ALLIAGES METALLIQUES

Ces qualités remarquables du bronze manganèse n" 3 sont démontrées par un accident survenu à l'hélice du Garth Castle, lancé par MM. John Elder et Cie, en 1880. Au. moment du lancement, une ailette vint en contact avec la jetée et fut courbée presque à angle droit, sans craquement ; elle put être ramenée par martelage à froid à sa forme primitive. Un autre exemple est donné par l'hélice du Mosel, de la « North Company Lloyd », qui fit naufrage ; on retrouva l'une des ailettes de l'hélice complètement doublée sur elle-même, ce qui donne une idée de la ténacité du métal.

Les numéros 4 et 5 n'ont aucune piopriété particulière quant à la résistance, mais ils sont plus recherchés pour les coussinets, les tiroirs, les glissières, les segments de piston, etc.