DE L’ACIER

218. L’acier est une combinaison de fer et de carbone, dans laquelle cette dernière subslanec entre dans une proportion qui varie de 0,5 à 1 ,2 pour lOO 5 au delà de 2 pour lOO, l’acier passe à l'état de fonte. Tous les fers contiennent aussi du carbone , mais en moindre proportion que l’acier : dans les fers forts et durs, on en trouve au moins 0 , 1 , pour lOO ; les fers les plus mous en retiennent encore 0,06 pour 100. Ainsi, sous le rapport de la quantité de carbone qu’il renferme, l’acier est intermédiaire entre le fer et la fonte.

L’acier acquiert une très grande dureté lorsqu’il est subitement refroidi apiès avoir été chauffé au rouge; on dit alors qu’il est trempé^ parce que ce refroidissement s’opère ordinairement en le plongeant dans un liquide. Cette propriété est la plus remarquable de toutes celles que possède l’acier ; c’est par elle qu’il est particulièrement caractérisé.

L’acicr n’étant autre chose qu’un fer qui contient un peu moins de carbone que le fer cru , et un peu plus que le fer forgé, il y a deux manières de le fabriquer. La première.

avec de ia fonie, .î laquelle on enlève une portion de son carbone par l’affinage : l’acier qui en provient se nomme ac/er naturel^ acier de fusion ou de forge •, la seconde, avec du fer forgé, auquel on combiné une petite quantité de carbone, en le mettant , à une température élevée, en contact avec de la poussière de charbon •, l’acier ainsi obtenu est appelé acier de cérnentaiion.

Certains emjdois de l’acier exigeant une homogénéité tpii manque ordinairejuent aux aciers naturels et de cémentation, on les fond pour leur procurer cette qualité; il en résulte une troisième espèce d’acier qu’on désigne par le nom d’«cie/' fondu,

ACIER NATCREL.

219. On ne doit convertir en acier que la fonte qui jouit d’une grande pureté et ne contient presque aucune autre substance que le fer et le carbone , car la qualité de la fonte influeencore plus sur les propriétés de l’acier que sur celles du fer. La fonte blanche est celle qui convient le mieux pour la fabrication de l’acier; le traitement de la fonte grise exige plus de soins, d’adresse et d’expérience de la part des ouvriers ; il est d’ailleurs indispensable de la blanchir préalablement par une deuxième fusion.

L’affinage de la fonte pour acier ne diffère de l’affinage pour fer que par des modifications dont le but est de ne pas lui enlever tout son carbone, L’opéiation se divise, comme celle qui a été précédemment décrite, en deux périodes distinctes , la fusion et l'affinage proprement dit. La fusion doit être très prompte, afin que la fonte soit moins long-temps exposée au vent des soufflets, qui occasionne la combustion de sou carbone, et afin qu’elle arrive dans le creuset avec la liquidité nécessaire pour que le carbone se répartisse unifor-

PROCÉDÉS DE FARRICATION

nicment. Le métal fondu doit rester long-lemps liquide et perdre leutcmentsou carbone, pour que l’affineur puisse arrêter l’opération dès qu’il s’aperçoit que la matière est au point convenable. Dans l’affinage pour acier, on ne soulève jamais la masse, on travaille le métal toujours au-dessous du vent, et sous une couche de scories.

Ces règles sont généralement observées dans l’affinage pour acier*, mais les détails de l’o{>ération varient suivant les localités et suivant la nature des fontes.

L’acier naturel peut encore être obtenu par l’affinage immédiat des minerais d’après la méthode catalane, ainsi qu’on le fera connaître en décrivant ectie méthode.

ACIER DE cémentation.

220. Le fer, exposé long-temps à la chaleur blanche au milieu des charbons et à l’abri du contact de l’air, se combine au carbone, se change en acier, et ne peut passer à l’état de fonte que par une entière fusion •, c’est sur ce fait d’expérience que repose la fabrication de l’acier de cémentation.

La cémentation s’effectue par couches , en commençant par la surface, et pénètre successivement jusqu’au centre ; de là résulte un défaut d’homogénéité qui se corrige plus tard par le raffinage. Cette répartition inégale du carbone dans les différentes couches oblige à ne cémenter que des barres’ d’une faible épaisseur j d’un autre côté, des barres trop minces entreraient en fusion et ne pourraient pas être suffisamment comprimées par l’étirage et leforgeage, auxquels on les soumet pour resserrer le tissu de l’acier et lui donner plus de ténacité. L’épaisseur des barres est ordinairement de 0“*,01/i à 0'“,016 , mais on peut en cémenter de plus épaisses ; leur largeur, assez indifférente, varie entre 0“,054 et 0,080 ^

leur longueur est limitée par celle des caisses dans lesquelles s’opère la cémentation.

11 ne faut soumettre à la cémentation que des fers de bonne qualité , supportant bien les épreuves à chaud et à froid , et , de préférence, que les fers forts et durs 5 il faut éviter d’employer les fers mous et ceux qui présentent des pailles , des criques ou des fentes suivant la longueur de la barre. Tous les défauts du fer se manifestent à un plus haut degré encore dans l’acier qui en provient. Avant d’opérer sur une espèce de fer, on doit en cémenter quelques échantillons, et s’assurer qu’il prend bien toutes les propriétés de l’acier.

Dans quelques établissemens qui produisent de très bon acier, on emploie uniquement pour cément le charbon de hêtre pilé; dans d’autres, le charbon de chêne. Il paraît qu’ en général le charbon de bois dur est préférable à celui de bois tendre. La suie convient également 5 son efficacité est même trop grande , et doit être modérée par un mélange de cendres.

221. On fait l’acier de cémentation dans des caisses en briques réfractaires, qu’on place dans un fourneau à air , chauffé à la houille ( pl. VIII , fig. 1,2,3), et disposé de telle manière que la flamme les enveloppe dans tout leur pourtour, afin de les chauffer le plus également possible. Les briques employées à la construction des caisses sont longues , larges , et jointes ensemble à rainure pour ne laisse* aucun passage à l’air. Quelquefois les caisses sont construites en pierre ou en terre réfractaire.

Après avoir enduit l’intérieur des caisses sur uue épaisseur de 0“,007 de terre réfractaire , délayée dans l’eau, on étend sur le fond une couche de charbon pilé de ,

sur laquelle on met un premier lit de barres de fer posées à

pial , ne se touchant pas entre elles et séparées des parois de la caisse par un intervalle plus grand que celui qui les sépare l’une de l’autre. Sur ce premier lit, on met une nouvelle couche de charbon de 0“,007 à 0“*,009, puis un second lit de barres , et ainsi de suite, jusqu’à quelques centimètres des bords supérieurs. On termine par une couclu; de 0*“,10 de terre réfractaire, un peu humectée et bien battue , pour fermer la caisse hermétiquement. On préfère ce moyen à un couvercle mobile , parce que, les matières s’affaissant, il se formerait des vides qui donneraient entrée à l’air.

Vers le milieu de la largeur de chaque caisse, et sur les petits côtés , on laisse des trous , pour le passage des barres , qu’on appelle éprouvettes ou témoins ^ et qui sont destinées à faire reconnaître l’état de la cémentation. Pour qu’on puisse retirer ces barres, elles sont sondées à de longues liges qui traversent le massif du four, dans des ouveiTmes correspondant aux trous des caisses.

Les caisses étant fermées, on mure les deux ouvertures du fourneau avec des briques réfractaires, en ménageant à leur partie supérieure un regard de 16 h 22 centimètres carrés , par lequel on juge, à la couleur du feu , de la marche du fourneau et des progrès de l’opération. Ces regaitis, ainsi que les trous d’éprouvettes , sont tenus habituellement fermés avec des tampons de leire glaise. Au moyen des évents et des registres, on conduit le feu de manière à élever peu à peu la température à 90 ou 100 degrés du pyromètre de Wedgwood. La durée du travail varie suivant la grosseur des barres et la grandeur des caisses. Elle est de 7 à 8 jours pour un grand fourneau , tel que celui qui est représenté (pl. VIII), et qui peut contenir 33,000 kilog. de fer.

Quand on juge que l’opération doit être terminée, on retire les éprouvettes pour s’en assurer. Elles indiquent que la

cémentation est suffisamment opérée lorsque leur surface est recouverte de larges ampoules, lorsque les barres sc rompent avec facilité et que la cassure présente un grain gros, brillant et à larges facettes. Alors on arrête le feu , on laisse le fourneau exactement fermé se refroidir lentement pendant buit jours, et ensuite on procède au déchargement.

222. En sortant du fourneau , les barres doivent avoir perdu la texture nerveuse ainsi que la couleur du fer, et se briser facilement sous le marteau.. Elles sont couvertes d’ampoules , d’autant plus grandes et plus nombreuses que le fer était moins dense, et qui semblent produites par un gaz. Elles peuvent en effet provenir de ce que l’oxigène des scories restées dans le fer s’est combiné avec le carbone introduit dans la masse du métal par la cémentation, et adonné naissance à du gaz acide carbonique, dont la présence a occasionné ces espèces de soufflures.

Le fer augmente en poids de 1/200 à 1/120 dans la cémentation. La consommation de houille est estimée lOO kil. pour 80 kilog. de fer.

228. L’acier brut ainsi obtenu est appelé acier poule , à cause de ces ampoules dont il est couvert. Les barres sont tirées et ordinairement partagées en trois classes, suivant leur qualité et le degré de cémeutation :

Dans la première, on met les barres dont la surface, bien nette, est d’une couleur blanche légèrement dorée et couverte de petites ampoules très rapprochées ]

Dans la seconde , celles qui ont un aspect noirâtre avec de larges ampoules , la plupart crevées ; les aciers qui en provieuuent sont sujets à présenter des paillçs et des défauts de soudures ^

Dans la troisième, celles qui ont moins d’ampoules que les précédentes, et qui paraissent moins fortement cémentées \ elles ne sont employées que dans la composition des étoffes.

Les barres d’acier poule, chauffées un peu au-dessus du reuge cerise dans un feu de forge, sont étirées sous le martinet. Lorsque l’acier est de bonne qualité, cette opération sullit pour le rendre propre à la coufection de la plupart des outils d’ouvriers en fer et des objets de taillanderie.