DOSAGE DU CARBONE

On n'avait guère distingué, jusqu'à ces derniers temps, dans les analyses de fontes et d'aciers, que deux formes différentes de carbone : le carbone libre ou graphite^ qui reste isolé, lorsqu'on dissout le fer par l'acide chlorhydrique, et le carbone combiné^ qui se transforme pendant cette attaque en carbures d'hydrogène: le premier existant surtout dans les fontes grises, le second dominant dans les fontes blanches.

Les idées se sont modifiées depuis peu, à la suite des remarquables études faites en Angleterre par Sorby et Abel, en Allemagne par Martens, Wedding, Millier et Ledebur, en France par Forquignon, Osmond et Werth, sur la microstructure des fers carbures et leur constitution physique et chimique.

Les recherches de métallospaplile microscopique ont conduit à reconnaître, dans les différentes variétés d'aciers, cinq constituants distincts, qui, d'après Osmond (*), peuvent être définis de la manière suivante :

1** La Ferrite^ qui est du fer sensiblement pur;

2** La Cémentite , qui est du carbure de fer dur répondant à la formule probable Fe*C; elle forme, dans les aciers de cémentation, des lamelles de grandes dimensions relatives, faciles à isoler;

3® La Sorbite , où le carbone paraît être à l'état de carbone de trempe et qui, ordinairement entremêlée avec la cémentite, forme avec elle un mélange désigné sous le nom de Perlite;

4" La Martensite ^ constituant principal des aciers trempés , formée de cristallites de fer tenant le carbone de trempe en dissolution ;

5® La Trooslite, qui accompagne et borde habituellement la martensite dans les aciers trempés.

Les essais cliiiiiiques par les acides fournissent des indications d'un autre genre , dont la correspondance avec les précédentes n'est pas encore parfaitement établie. Ils permettent de distinguer quatre états différents du carbone : le graphite , le carbone graphitique de ?*ecuit, le carbone du carbiu^e normal et le carbone de trempe.

(*) Communication du 23 novembre 1894, à la Sociélé d'encouragement pour l'industrie nationale; Annales des mines^ août 1895, p. 153.

Les travaux d'Abel, Millier, Ledebur, Forquignon, Osmond et Werth, ont permis d'établir assez nettement la distinction de ces variétés, à la fois d'après leur origine et d'après leurs caractères chimiques (*).

1® Graphite. — l^e graphite proprement dit ne se trouve que dans les fontes grises et truitées; il s'y forme sous l'action du silicium, lorsque le métal passe de l'état fondu à l'état solide. La solubilité du carbone décroissant avec la température, il se sépare et cristallise, si le refroidissement n'est pas trop rapide.

Le graphite reste insoluble, en paillettes cristallines, quand on attaque la fonte par Tacide chlorhydrique, même à l'ébullition.

2® Carbone graphitique de recuit [graphite invisible de Forquignon, graphiti$che Temperkohle de Ledebur). Cette forme spéciale du carbone se rapproche de la précédente par ses propriétés chimiques, mais elle se produit dans des conditions différentes ; elle résulte de la transformation du carbone combiné, lorsque le métal, sans cesser d'être à l'état solide, est, soumis à une température suffisamment élevée et soutenue. Ces circonstances se présentent notamment dans le recuit des pièces de moulage, dans la fabrication de la fonte malléable ; mais du carbone graphitique peut aussi se trouver dans les pièces d'acier dur, qui ont été simplement refroidies avec lenteur.

Le carbone graphitique de recuit reste, comme le graphite, inattaquable par l'acide chlorhydrique concentré et bouillant; mais il s'en distingue par son aspect amorphe, noir foncé et terne, tandis que le graphite est feuilleté et d'éclat métalloïde. Il s'en distingue aussi par

(*) Nous empruntons une bonne part de cet exposé au remarquable travail de Ledebur: Stahl und Eisen, 1888-1891; traduction par Osmond, Bull, de la Société d'encouragement, septembre 1893.

l'action qu'il éprouve de Toxygène et de Thydrogène à une température élevée ; car, d'après les expériences de Forquignon (*), il disparaît à la longue, lorsque le métal est chauffé au contact d'oxyde de fer ou d'autres oxydants et paraît se transformer en carbure volatil dans un courant d'hydrogène sec au rouge (*), tandis que le graphite reste complètement inaltéré dans les mêmes conditions.'

3^ Carbone du garbure ou carbone de ]a cémen- TiTE {carbone de recuit d'Osmond, gewôhnliche Carbid^ kohle de Ledebur).

Cette forme de carbone combiné se rencontre dans presque tous les fers carbures; elle se distingue très nettement des deux précédentes, parce qu'elle donne lieu à la formation de carbures d'hydrogène, lorsqu'on dissout le métal par l'acide chlorhydrique concentré, surtout à chaud. Si l'on se sert, au contraire, d'acide chlorhydrique ou sulfurique très étendu et froid, on arrive à dissoudre le fer et à laisser le carbure de fer sous forme de petits grains, de forme irrégulière, d'aspect argenté ou nacré (Sorby), qui est un composé défini, avec proportions à peu près constantes de carbone et de fer (1 p. en poids du premier pour 14 p. du second); les recherches d'Abel et de Millier, faites par des méthodes différentes, conduisent sensiblement à la formule Fe*C.

Ce carbure se sépare, avec dégagement de chaleur, entre 700 et 600**, pendant le refroidissement lent de la masse métallique (Osmond); il se décompose, au contraire, avec absorption de chaleur, pendant le chauffage, entre les mêmes limites de température.

Lorsqu'on dissout le fer par Tacide sulfurique très étendu (20 centimètres cubes d'acide à 1/10 pour 1 gramme de métal) à froid et à l'abri de l'air, on laisse le carbure

(*) Ann, de pht/s. et de ch., 5" série, t. XXIII.

inattaqué et on peut, au bout de plusieurs jours, Tisolefr par filtration sur Tamiante, le laver et l'analyser (Muller).

Si Ton traite à froid par l'acide nitrique (d = 1,20) le métal qui contient ce carbure, il se forme des flocons bruns qui se séparent du liquide; mais si Ton vient à chauffer, ces flocons se dissolvent sans dégagement de gaz, en donnant une liqueur brune assez stable (Osmond etWerth)n.

4® Carbone de trempe [Hàrtungskohle ^ hardening Carbon), Cette forme de carbone, qui existe en quantité plus ou moins sensible dans tous les fers carbures, se rencontre en proportion dominante dans Tacier trempé, qui lui doit sa dureté. La proportion en est d'autant plus grande , pour un même acier, que le refroidissement a été plus rapide; mais elle varie aussi, dans le cas d'un refroidissement lent , avec la teneur en carbone total et dans le même sens ; il en existe à peine dans le fer doux ; mais on en trouve des quantités notables dans l'acier dur et dans la fonte blanche, même lorsqu'ils n'ont été soumis à aucun refroidissement rapide, comme celui qui produit la trempe.

Lorsqu'on attaque le métal par l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique très étendu, à la température ordinaire, comme dans la méthode de Mtiller, le carbone de trempe est transformé en carbures d'hydrogène gazeux, très odorants, tandis que le carbure normal reste inattaqué.

La distinction peut aussi se faire par l'action de l'acide azotique (rf= 1 ,20) ; car cet acide, en dissolvant le métal à la température ordinaire, donne d'abord un liquide presque incolore avec un dépôt noir ; mais celui-ci disparait en quelques minutes, au repos, et très rapidement, si l'on agite, en colorant la liqueur en brun. Lorsqu'on

(*) Ann, des mines ^ 1885, U VIII.

chauffe, la teinte diminue, en même temps qu'il y a dégagement de gaz (Osmond et Werth).

Je pense qu'il sera possible de mettre à profit les observations de MtiUer et celles d'Osmond et Werth pour le dosage quantitatif des deux variétés de carbone ; mais les expériences que j*ai tentées à ce sujet n*ont pas encore donné des résultats assez sûrs, pour que je croie pouvoir indiquer ici la méthode suivie.

Au point de vue qualitatif, on peut procéder de la manière suivante à la recherche des quatre variétés de carbone :

1® Traiter 2 grammes du métal à examiner par 23 centimètres cubes d'acide chlorhydrique (d = 1,12), chauffer à l'ébuUition, puis recevoir et laver sur un petit filtre d'amiante.

Le graphite^ s'il yen a, apparaît sous forme de paillettes caractéristiques ; le carbone graphitique de recuit forme un résidu noir amorphe, terne, visible à l'œil ou à la loupe et assez facile à distinguer du graphite cristallin. De petites quantités non discernables à Tœil, se reconnaîtraient encore à l'acide carbonique produit par la combustion du résidu.

2** Attaquer à froid , dans une petite fiole entourée d'eau, 2 grammes du métal par 25 centimètres cubes d'acide azotique (rf = 1,20), terminer en agitant, puis laisser reposer.

Le carbone de trempe se révèle par une coloration brune plus ou moins sensible de la liqueur devenue limpide ; le carbone du carbure forme un dépôt brun reconnaissable ; mais à ce dépôt peuvent être mêlés des grains ou des paillettes noires de graphite ou de carbone graphitique.

Si l'on chauffe pendant quelques minutes, le carbone du carbure se dissout en colorant la liqueur en brun. Après repos, on peut alors reconnaître la présence du

graphite et A.\x carbone graphitique de recuit^ restés insolubles au fond de la fiole.

Je vais maintenant exposer les différentes méthodes qui permettent de déterminer le carbone total et les opérations par lesquelles on fixe les proportions du graphite et du carbone amorphe^ en désignant sous le premier nom tout le carbone qui reste insoluble sous les actions successives de Tacide chlorhydrique et de l'acide azotique et sous le second le carbone qui disparait sous l'action de ces deux acides.