SG 48 1 80 0 20 G

Quoiqu'il en soit de l'intérêt d'augmenter R^ aux dépens de Ar, qui est probablement secondaire, et même du bon effet de la trempe sur la résistance élastique Re, qui est beaucoup plus important, la trempe, à la température 900 ou 980% offre, pour les pièces de machines, le danger des tapures, qui est infiniment plus grave que pour les plaques de blindage, qui est plus difficile à éviter que pour les éléments de canons, et qui doit être écarté à tout prix.

L'amélioration de l'acier, en dehors de la trempe, se poursuit par des modifications dans sa composition chimique, et surtout par l'addition du nickel, inaugurée en 1885 par l'usine de Montataire.

Un bloom, livré par l'usine de FourchambauU, qui a été essayé à Guérigny en 1896, présentait, d'après la moyenne de deux analyses, la composition suivante :

Nickel 21,66

Chrome 2,29

Carbone 0,55

Manganèse 0,50

Silicium 0,28

25,12 Fer et pertes 74,88

Total 100,00

M. Abraham l'a essayé par traction et par compression, en barrettes simplement forgées, et en barrettes trempées ou recuites. L'essai d'écrasement se faisait à la romaine Joessel sur une petite éprouvette. Des essais comparatifs ont été faits, à la traction, avec une barre en acier doux ordinaire, et, à la compression, avec une éprouvette en fonte de fer. Les résultats sont donnés par le tableau suivant, dans lequel on trouve une donnée rarement connue, la limite de charge élastique par compression R'«.

Barre simplement forgée . • . . •

— trempée trois fois au ronge cerise .

— recuite au rouge cerise ....

— recuite au rouge sombre . . . .

Acier doux ordinaire (barre recuite^ . . Fonte de fer

RV

Rr

Ar

Ces essais montrent quelques singularités curieuses du nouvel alliage, sur lequel la trempe produit l'effet habituel des recuits. Us mettent surtout en évidence sa grande supériorité, qui permettrait de réduire d'environ 40 % la section des pièces auxquelles on l'appliquerait. Ce grand allégement ne compenserait toutefois pas suffisamment Télévation du prix des alliages à Î25 ^ de nickel, qui ne peuvent, quant à présent, être employés que dans des circonstances exceptionnelles.

Les aciers au nickel pour grosses pièces de machines,qui commencent à entrer dans l'usage pratique, ne contiennent que 3 à 4 % de nickel, avec un peu moins de 0,5 % de carbone et un peu plus de manganèse. Cette composition chimique est adoptée par l'usine de Bethlehem qui travaille beaucoup pour la Marine des Etats-Unis ; elle permet d'obtenir les résultats suivants ;

Re Résistance élastique 34^

Rr Résistance à la rupture 63*"

Ar Allongement 21 ^

Les pièces doivent être forgées à la presse, et non au marteau.

La Compagnie transatlantique commence aussi à faire usage d'arbres à vilebrequins en acier au nickel.

L'acier s'emploie de plus en plus dans les machines marines, sous forme de pièces obtenues directement par le moulage. La nécessité d'obtenir la fluidité requise pour la coulée oblige à forcer la teneur en carbone, et surtout la teneur en silicium qui permet le dégagement des bulles. Le métal n'est jamais aussi doux que le constructeur le souhaiterait ; l'effort du fondeur tend donc à la diminution de la résistance à la rupture. On a été très longtemps à atteindre un allongement Ar de 10 ^; actuellement on obtient 15 % et 20 %, avec une caractéristique de 70 qui laisse 40 kilogrammes et 85 kilogrammes pour la résistance Rr. Avec des matériaux de choix et un bon recuit de la pièce, on peut même arriver à 25 ^ d'allongement et 45 kilogrammes de résistance.

L'acier moulé remplace aujourd'hui la fonte de fer et l'acier forgé

pour les bâlis ou supports de cylindres des navires de guerre, et la fonte de fer pour les plaques de fondation des machines. Il est exclusivement employé à Indret pour les cylindres HP, en attendant qu'on puisse rétendre aux autres cylindres. 11 sert pour tous les couvercles de cylindres et de boites à tiroir exposées à de fortes pressions. Enfin tous les pistons sont en acier moulé, et souvent aussi les chariots d'excentriques et les volants des vireurs, mais non leurs couronnes dentées.

Dans la marine de commerce, l'acier moulé commence à s'introduire pour les bâtis, malgré l'élévation de son prix comparé à celui de la fonte. En Angleterre, il a, pour la marine de commerce, trouvé une application, celle-ci très économique, dans le moulage direct des pièces mobiles des pistons d'abord, et de leurs traverses, des chariots d'excentriques et balanciers de mise en train, puis des bielles, des arbres droits, et enfin des arbres à vilebrequins eux-mêmes, jusqu'à 450 millimètres de diamètre. 11 y a cependant une difficulté réelle à obtenir des frottements convenables avec l'acier moulé. Il faut vraisemblablement enlever une forte épaisseur, dans l'ajuslage des portées, afin d'arriver à la région saine du métal.

Dans le calcul de toutes les pièces massives, en fer et en acier, il faut tenir grand compte des défauts de fabrication, qui augmentent avec la grosseur des pièces, et qui peuvent modifier beaucoup leurs propriétés élastiques. La substitution des presses de forgeage au marteau pilon diminue cependant l'imperfection du forgeage au cœur de la pièce.

Pour le fer, on craint surtout l'effet des réchauffages trop répétés qui brûlent la pièce, et les défauts de soudure. Pour l'acier forgé, le danger est dans les retassures qui se produisent au cœur du lingot pendant le refroidissement, et créent une ligne de faiblesse dont il faut suivre la Irace dans la pièce terminée. L'acier moulé échappe à ce dernier danger, et présente surtout des défauts extérieurs.

Nous ne dirons qu'un mot de la fonte de fer, à laquelle s'appliquent rarement les calculs de résistance dans les machines marines. Son emploi, d'ailleurs, diminue de plus en plus. Il nous semble être loin du temps où une statistique, cependant assez récente, révélait, en Angleterre, l'existence inattendue de bon nombre d'arbres en fonte de fer, en service sur des cargos anciens.

La fonte de fer ne supporte guère, par traction, qu'un effort de 15 à 20 kilogrammes, et rompt après un allongement de 1 à 2 ^ à peine. Elle se comporte mieux à la compression ; ainsi dans l'expérience de Guérigny, citée plushaut,réprouvette en fontes'est rompuesousla charge de 87 kilogrammes, après s'être comprimée de 11,6 %. Dans les mêmes conditioqs, toutes les éprouvettes d'acier avaient supporté, sans rup-

ture, la charge de S90 kilogrammes, maximum donné par Tappareil.

La qualité que Ton recherche le plus, dans la fonte de moulage pour machines, est de se bien couler, et de ne pas avoir de soufflures et de poches intérieures, ce qui fait choisir les fontes grises écossaises, parfois mélangées à un peu de fonte noire de même provenance. Les fontes à canons de Rueil sont exceptionnellement bonnes. On demande, à certaines pièces de fonte, de donner de beaux frottements, ce qui exige un grain fin et serré ; à cet effet, on y incorpore souvent de Tacier en riblons et découpurcs,dont la fonte peut dissoudre à chaud, jusqu^à 10 % de son poids.

11 est admis que le fer, Tacier et la fonte ne subissent aucune altération de leurs propriétés élastiques aux températures les plus élevées de la vapeur d'eau. On l'a vérifié à Indret pour la fonte, dont la résistance, à 225", a été trouvée de 22 kilogrammes.

Le coefficient de dilatation est compris entre 0,000011 et 0,000012. Il faut en tenir grand compte, dans la construction et le montage des machines.

Le retrait de fonderie est de 0,01 pour la fonte et de 0,02 pour l'acier moulé. Le dessin des pièces en acier moulé doit être arrêté en vue de faciliter le retrait et de permettre à la matière de combler les vides qu'il produit. 11 faut éviter avec le plus grand soin, dans une pièce, le voisinage de parties épaisses et de parties minces. Les angles brusques, sur lesquels le retrait, accumulé dans deux directions, met le métal en tension sont très dangereux. Une pièce d'acier mal dessinée est exposée à des effets de tapure, quelle que soit Thabileté du fondeur.

Le poids spécifique de la fonte de moulage est de 7,1 ; il varie de 6,9 à 7,3. Pour le fer forgé, on peut compter sur un poids spécifique de 7,6 à 7,7, et, pour l'acier sur 7,80 ou 7,85. Le poids spécifique de l'acier au nickel est sensiblement plus élevé ; il a été trouvé de 8,2, sur le bloom expérimenté en 1896 à Guérigny.

189. — Bronzes et laitons ^ alliages de cuit^re divers. — Les composés du cuivre employés dans les machines sont de deux sortes, les bronzes ou alliages d'étain et les laitons ou alliages de zinc, dont les propriétés élastiques, autrefois très différentes, se rapprochent aujourd'hui les unes de.s autres, tellement que la confusion s'est faite entre ces deux noms.

L'ancienne composition de 90 de cuivre et de 10 d'élain, sans autre métal, sinon un peu de zinc destiné à faciliter la coulée, qui a été longtemps d'un usage exclusif pour les hélices et sert encore quelquefois pour cet emploi, est de qualité assez variable selon la pureté des métaux. Les pièces fondues à Indret avec des métaux bien affinés, donnent :

He Charge élastique 16 kilogrammes

Rr Charge de ruptnre ...... 85 —

Ar Allongement à la rupture. ... 18 ^

C Caractéristique 53

Les vieux bronzes, refondus sans affinage, n'ont presqu'aucun allongement.

Pour les alliages de cuivre, la caractéristique est la simple somme de deux propriétés distinctes, dont on ne peut accroître Tune aux dépens de l'autre.

Le bronze convient bien pour les pièces soumises à une certaine fatigue et exposées à Faction de Teau ; il sert pour les sièges de clapets de pompe à air, les corps de pompes et leurs pistons, les chemises entourant Tarbre d'hélice dans ses portées sur le gaïac etc.

Les alliages plus riches en étain, qui servaient autrefois à la confection des coussinets, sont plus cassants; ils n'ont plus guère d'emploi, depuis que les surfaces frottantes se garnissent en métal blanc.

L'addition au bronze ordinaire d'une petite quantité de métal désoxydant, qui est généralement du ferro-manganèse, améliore notablement ses propriétés élastiques et lui permet de supporter le laminage et le forgeage qui, en l'écrouissant, élèvent ces qualités à un très haut degré.

Le bronze au manganèse, simplement fondu, qui est employé quelquefois pour les ailes d'hélice, a une charge élastique de S2 kilogrammes et une charge de rupture de 38 kilogrammes. Laminé en barres, il peut atteindre une charge élastique de 25 kilogrammes, et une charge de rupture de 48 kilogrammes, avec 20 Yo d'allongement ; il convient alors très bien pour les tiges de pompes.

On fait aussi quelques applications du bronze phosphoreux, qui a la propriété de se laminer en feuilles très minces, ce qu'il le rend propre à la confection des clapets de pompe à air. Le bronze phosphoreux présente un des beaux effets de l'écrouissage quand on l'étiré en fil mince . sa résistance à la rupture passe alors, de 24 kilogrammes environ, à 80 kilogrammes et plus.

M. Lécha telier a découvert, en 1890, une très fâcheuse propriété du bronze, qui a donné la clé d'accidents jusque là inexpliqués dans les soupapes et autres accessoires du tuyaut;>ge de vapeur. Ses propriétés s'allèrent, quand la température s'élève, dans des proportions qui deviennent dangereuses vers 215°. A cette température, on a trouvé, dans une expérience récente faite à Indret.

Rr Charge élastique 10 kilogrammes

Rr Charge de rupture 18 ~

Ar Allongement à la rupture. ... 9 ^o

Le bronze a été remplacé, pour tous les accessoires du tuyaulage de vapeur, par Tacier moulé ou par les laitons à haute résistance dont nous allons parler.

Le laiton, ordinaire, composé de deux parties de cuivre et une de zinc, n*a servi pendant longtemps que pour les tubes de chaudières ; il est resté en usage pour les tubes de condenseurs, qui sont en laiton, de préférence avec 70 de cuivre, 29 de zinc et 1 d'élain. La faible résistance de Tancien laiton, pour lequel on ne pouvait pas compter surplus de 13 kilogrammes à la rupture, ne permettait pas d'application plus étendue.

Dans ces dernières années, l'addition au laiton de petites quantités de métaux désoxydants, fer, manganèse, ou d'une proportion plus forte d'aluminium, a permis d'atteindre une résistance élastique de 20 à 22 kilogrammes et une résistance à la rupture de 40 kilogrammes, avec un allongement de 20 %, Le laiton est devenu ainsi, sous des noms divers, un métal propre à la confection des pièces les plus chargées. C'est ainsi que le métal Roma, de MM. Mathelin et Garnier, qui a donné précisément à Indret les résultats précédents, est aujourd'hui presqu'exclusivement employé en France à la confection des hélices.

Voici la composition chimique de quelques-uns des nouveaux laitons les plus connus, d'après les analyses faites en 1896 au laboratoire de la Marine.

Cuivre . .

Zinc. . .

Fer . . .

Manganèic.

Alnmininm.

Etain .

Plomb . .

Divers et pertes

Hélai Roma