MÉTAUX ET ALLIAGES

Dans ccs dernières années, les métaux et alliages ont été l’objet de recherches nombreuses tant au point de vue de leurs transformations allotropiques que de leur constitution chimique. J’ai participé d'une façon continue à ces recherches.

Conductibilité électrique des métaux et alliages.

Les expériences de M. Osmond, qui ont amené la découverte capitale des transformations allotropiques du fer, laissaient subsister un doute sur la parfaite réversibilité du phénomène. Ses observations, faites à température variable, semblaient indiquer que la température de transformation était différente à l’échauffement et au refroidissement. J’ai pensé que, pour élucider cette question, il fallait s’adresser à une propriété que l’on puisse mesurer à température constante; j’ai choisi la résistance électrique, en raison de la précision des mesures qu’elle comporte.

J’ai reconnu ainsi que, au moins dans une atmosphère d’hydrogène, le phénomène était complètement réversible. La même méthode a été appliquée à différents alliages du fer avec le nickel et le manganèse. Enfin, j’ai étendu ces recherches à des métaux et alliages ne contenant pas de fer. Les courbes de la page suivante résument les résultats de mes expériences rapportées à des fils de i“ m de diamètre et i“ de longueur.

Les principales conséquences è en tirer sont que :

i° Pour le fer, la transformation de 85o°, à peine visible par la méthode calorimétrique, est, au contraire, très nettement accusée par la méthode électrique. Cette transformation existerait dans les aciers

mple chauffage dans l'hydrogene humide, qui brûle une partie du irbone sans oxyder les métaux. Cela explique une des grandes diffiiltés que l’on rencontre dans le travail du ferro-nickel. Ces chauffages écessaires pour le forgeage ou le laminage do ce métal, én brûlant iperficiellement le carbone, provoquent l’apparition sur une profonîur plus ou moins grande de la variété magnétique qui ne se laisse as travailler avec les outils.

3° L’acier manganèse, découvert par M. Hadfield, présente deux iriétés dont l’une est magnétique et l’autre non magnétique. J’ai lontré qu’elles étaient caractérisées par des résistances électriques ifférentes et j’ai donné un moyen beaucoup plus simple que celui de !. Hadfield pour obtenir la variété magnétique ( fig. 25). Au lieu de icuire pendant mille heures la variété non magnétique, il suffit de

recuire une heure, mais à condition de le faire à une temDerature

particulièrement celles de 73o° dans le laiton, de 5 oo° dans le bronze d’aluminium, de 35 o° dans le zinc, de 690° dans un alliage de cuivrefer-nickel.

5 ° Dans le maillechort, j’ai reconnu une transformation présentant la double particularité : en premier lieu, de ne se produire qu’avec une extrême lenteur; en second lieu, d’embrasser un intervalle considérable de température, environ i 5 o°. Dès que le refroidissement du métal n’est pas conduit avec une lenteur extrême, plusieurs heures pour franchir l’intervalle critique de température, la transformation ne se produit pas, le métal reste trempé. De telle sorte que les maillechorts employés dans les arts, que l’on refroidit sans précautions spéciales, sont tous trempés. Cela explique l’instabilité souvent constatée dans les résistances électriques construites en maillechort ( fig . 26).

Au cours de ces recherches, j’ai observé que l’argent, chauffé dans une atmosphère d’hydrogène au contact de matières siliceuses, s’altère dès 5 oo“; sa résistance électrique augmente et son point de fusion s’abaisse d’üne trentaine de degrés. Cette altération, que j’avais d’abord attribuée à une simple absorption d’hydrogène, serait plutôt due à une fixation de silicium.

Sur la trempe de l’acier.

Les premières recherches de M. Osmond l’avaient conduit à supposer que la trempe de l’acier avait pour effet de conserver à la température ordinaire la variété du fer normalement stable au-dessus de 85 o°, qu’il nomme fer | 3 , mais il n’avait appuyé cette théorie d’aucune preuve directe. La résistance électrique considérable que j’avais trouvée pour le fer au-dessus de 800° permet de caractériser avec certitude le fer ( 3 . En étudiant comparativement la résistance électrique des aciers trempés et non trempés, j’ai montré que le fer (3 n’était nullement conservé dans la trempe des fers et aciers ordinaires; mais qu’il l’était dans la variété non magnétique du ferro-nickel et de l’acier manganèse. J’ai, par la même occasion, déterminé les températures minima de trempe et étudié l’influence de différents bains de

trempe.

Sur la fusibilité des alliages.

Comme suite à mes études sur la fusibilité des mélanges de sels, j’ai fait des recherches semblables sur les alliages métalliques dans le but de préciser leur constitution chimique. J"ai réussi ainsi à caractériser d’une façon très nette, comme le montrent les courbes ci-jointes {fig. 27), certaines combinaisons définies qui se forment dans les

alliages; en particulier, les combinaisons SbCu* (notation atomique) Al’Cu, et AlCu s .

Ces expériences ont mis en évidence ce fait intéressant que les maxima des courbes ne correspondent pas exactement à la combinaison définie, mais seulement à une composition voisine. J’ai montré, par des considérations théoriques, que la non-coïncidence du maximum et de la combinaison définie doit se produire toutes les fois que le coefficient atomique d’abaissement du point de solidification n’est pas le même pour les deux métaux en présence.

Sur la dilatation des métaux.

Pour contrôler les résultats déduits des mesures des résistances électriques, relativement aux transformations allotropiques, j’ai entrepris de déterminer la loi de dilatation de quelques métaux jusqu’à iooo 0 en employant la méthode photographique qui m’avait servi dans l’étude des produits céramiques. Mais l’oxydation des métaux aux températures élevées a réduit la précision des mesures, et je n’ai pu mesurer avec certitude les petits changements de dimensions qui se produisent au moment des transformations.

J’ai reconnu, d’autre part, dans ces expériences, que les métaux travaillés (forgés et laminés), lorsqu’ils sont chauffés longtemps au rouge, éprouvent des changements permanents de dimensions, qui n’atteignent leur limite qu’après plusieurs heures. Pour certains bronzes, la contraction linéaire permanente a atteint i pour ioo. J’ai déterminé, sur des métaux convenablement recuits, la dilatation moyenne entre o° et 1000°; elle a toujours été supérieure à la dilatation entre o° et ioo°. Le rapport entre ces deux coefficients de dilatation moyen oscille aux environs de i, 5 .

J’ai plus récemment entrepris, au moyen d’une variante de la méthode de Fizeau, de déterminer, entre o° et ioo°, la dilatation de certains alliages qui paraissaient, d’après l’étude de certaines de leurs propriétés, présenter des anomalies intéressantes à étudier. La série des alliages cuivre et antimoine, dont la courbe de fusibilité présente un maximum pour une composition différente de celle de la combinaison définie SbCu ! , a présenté une anomalie semblable dans la courbe des dilatations. Ces expériences sont en cours d’exécution.

Sur la structure des alliages fondus.

Les propriétés mécaniques d’un même alliage fondu varient dans des limites considérables avec les conditions de la coulée. On sait que l’oxydation du métal est la principale cause de ces changements, mais ce n’est pas la seule. Par l’étude micrographique d’un bronze à 10 pour ioo d’étain, coulé dans des conditions différentes, j’ai pu définir l’influence

sur la structure du métal des différentes conditions de la coulée. Le métal, refroidi rapidement en dehors de toute agitation, se solidifie en cristalütes enchevêtrés d’autant plus nombreux et, par suite, d’autant moins développés que le métal fondu a été moins fortement chauffé; les cristallites constituent un réseau de fibres allongées dont l’ensemble rappelle l’aspect de plumes d’oiseau ou de feuilles de fougères. Cette structure correspond au maximum de malléabilité du métal. En agitant, au contraire, le métal, la cristallisation se produit en grains irréguliers qui restent séparés les uns des autres; cette structure correspond au minimum de malléabilité. Dans tous les cas, plus le refroidissement est rapide, plus les cristaux sont ténus. Le fait que les centres de cristallisation sontd’autant moins nombreux que la température a été plus élevée au-dessus du point de fusion semble indiquer que les édifices cristallins ne sont pas détruits en totalité aussitôt la fusion achevée.

Sur les composés définis des alliages.

Les composés définis des alliages jouent évidemment un rôle prépondérant dans la détermination de toutes les propriétés des alliages. Il ne suffit pas de cara ctériser indirectement leur existence par l’étude de telle ou telle propriété (fusibilité, dilatation, etc.). 11 y a un intérêt majeur à isoler ces combinaisons pour en étudier les propriétés individuelles. J’ai pu isoler ainsi certains composés en attaquant par des réactifs appropriés des alliages renfermant un excès de métal attaquable. Les deux réactifs qui m’ont donné les meilleurs résultats ont été l’acide chlorhydrique et le chlorure de plomb.

J’ai isolé ainsi les composés SnCu 5 des bronzes à excès d’étain; Zn ! Cu des alliages à excès de zinc et Zn'°Fe. Ce dernier corps est bien un composé défini, car il se présente en cristaux hexagonaux de composition rigoureusement constante, soit qu’on l’isole en attaquant le zinc en excès par le chlorure de plomb, ou en chassant ce métal par volatilisation en le chauffant à son point d’ébullition.

La même méthode d’attaque au chlorure de plomb m’a permis d’établir qu’une petite quantité de cuivre, en présence d’étain et de zinc, se combine en totalité à ce dernier métal.

Enfin, dans une étude d’ensemble sur les alliages métalliques qui a été publié par la Revue générale des Sciences, je me suis efforcé de dégager, des nombreuses expériences déjà faites, l’état actuel de nos connaissances positives sur la constitution chimique des alliages, et j’ai tracé un programme des expériences qu’il pouvait être utile d’entreprendre; des recherches importantes ont déjà été faites et se poursuivent dans les directions que j’ai indiquées.