ÉTUDE DES PROPRI^ÉS DES DIVERS ACIERS
(le cinq principaux; les progrès de la science modifieront vraisemblablement plus tard celte classification qui vient compléter si heureusement, à Taide de données plus précises, l'aperçu esquissé à (grands Irails parla théorie cellulaire primitive.
10 — Ferrite (M. Howé). — C'est le premier élément constituant des fers carbures; c'est du fer pur ou du moins pratiquement pur offrant l'aspect de cristaux ou g^rains enchevêtrés plusou moins parfaits changeant de forme par le travail à chaud. Par l'attaque à l'acide on a une indication très nette des joints des grains entre eux. La ferrite est du fera.
2' — Cémenlile (M. Howé). — C'est le carbure de formule probable Iv'C, car on n'a jamais réussi en fait à l'isoler certainement pur et intcicl. Le carbone qui s'y trouve engagé en composition définie est l«* carbone de recuit de la théorie cellulaire. On l'a appelé cémenlile car c'est dans les aciers cémentés que ce carbure se trouve rassemblé en éléments de plus grande taille, formant à la fois des groupes isolés, des lamelles rectilignes juxtaposées, des groupes analogues reliés en réseau grossièrement polygonal et des lamelles simples, le plus souvent curvilignes, interstratifiées avec la ferrite.
La propriété caractéristique de la cémentite est sa dureté, au sens minéralogique du mot.
3'' — Sorbilei^l. Sorby). — M. Sorby a décrit sous le nom deperUle un composé binaire formé de très fines lamelles, le plus souvent courbes alternativement dures et douces, qui prend en éclairage oblique les couleurs irisées de la nacre pourvu que les lamelles douces aient élé suffisamment creusées.
On a admis que les lamelles douces étaient de la ferrile et les dures de la cémenlile; puis, le contrôle expérimental (1) a démontré qu'on était en présence d*un nouveau constituant primaire que M. Osmond a appelé sorbile en l'honneur du premier pionnier de la métallographie.
D'après M. Osmond, la perlite serait formée de lamelles alternantes de sorbile et de ferrile, peut-être même de cémentite et de ferrile maifi avec interposition de sorbile.
La composition de la sorbile est encore problématique, mais les réactions micrographiques indiquent que la sorbile contient certainement
(1) La différence de dureté notamment des diverses lamelles est loin d'égaler celle qui existe entrela ferrite et la cémenlile
L'épaisseur d'une paire de lamelles ne dépasse probablement pas 1/1000 de nnu. en moyenne.
33 i MÉTALLURGIE DU VKK
du carbone. Mainleiiant si on réfléchit que le carbone des aciers n'esl jamais intégralement engagé dans la cémenlile^ on est amené à penser que le carbone de la sorftiVe appartient à la variété appelée carbone de trempe,
La sorbiie constituerait une zone de transition entre la cémeniile el la ferrite dans les aciers simplement refroidis, entre la céineniiie el la martensite dans les aciers au-dessus de a<.
Son étude se relierait à celle des transformations de la cém^ntite qui sont elles-mêmes insuffisamment connues.
4® — Martensite (M. Osmond). — Le 4* constituant est celui qu'on obtient couramment par la trempe ; il n'est donc pas nouveau, mais on n'en connaissait pas la structure.
Comme on voyait le grain des cassures diminuer par la trciniw jusqu'à disparaître entièrement à l'œil dans les aciers les plus carbures, on était assez porté à croire que la structure des aciers trempés tendait vers Vamorphisme. Elle est cependant très franchement cristalline.
L'attaque à Taide de certains réactifs montre que la structure est formée de trois systèmes d'aiguilles parallèles aux trois côtés d'un triangle, se recoupantfréquemment dans la même région et caractérisant les crislallites du système cubique. Par le polissage dit en bas relief, la structure n'apparaît que vaguement, ce qui prouve que la dureté dr la masse est à peu près uniforme.
Ce sont ces groupes d'aiiçuilles ou de fibres, séparées ou non par un remplissage ii^renu ou vermiculé qui constituent la martensite. Celle-ci conserve ses formes, quelle que soit la dureté de l'acier trempé ; mais les aiguilles sont d'autant plus longues que le métal est moins carburé.
La martensite nest certainement pas une combinaison définie liquatée du fer avec le carbone : elle représente V organisation cristallitiiue^ sous rinfluence du carbone^ de Vune des variétés allotropiques du fer.
5° — Troostite (M. Osmond), — Ce cinquième constituant, celui qui appartient le plus complètement à M. Osmondy a été appelé par lui troostite en l'honneur d'un de nos chimistes les plus éminents, M. Troost, (|ui a rendu à la métallurgie des services signalés.
La troostite se trouve avec ses caractères les plus nets dans les aciers mi-durs trempés pendant le cours des transformations du fer. Ces! une forme de transition entre le fer doux et l'acier trempé: sa constitution chimique exacte est à déterminer comme celle de la sorbiie.
EMe apparaît par le polissarje en bas relief comme un liseré de lar-
érUDB DBS FROPRIÉTÉS DBS DIVERS ACIBRS
çeiir variable el de dureté intermédiaire entre les noyaux en relief (mavleiisite) et les lambeaux en creux (^ferrite).
I). — Genèse de la formation des eomlituanls. — Une digression est ici nécessaire ; reportons-nous à quelques résultats récemment acf|uis à la suite des recherches scientifiques concernant les alliages.
1" — Digression sur les alliages eutectiques. — Définissons d'abord l'a courbe de fusibilité d'un alliage et prenons, pour plus de simplicité, le cas d*un alliage binaire dans lequel nous ferons varier les proportions des deux métaux constituants.
(Considérons les alliages de l'argent avec le cuivre.
Si Ton prend pour abscisses les pourcentages en poids de Tun des métaux et pour ordonnées les températures auxquelles se produisent, pour chaque composition, des dégagements de chaleur pendant le cours du refroidissement à partir de l'état liquide, on obtient, en reliant les points correspondants, des courbes dites de fusibilité'.
Le cas simple des alliages a?*/)ren/-C{i/t;r^ nous sera fort utile pour établir nos définitions préliminaires.
Suivant la composition de l'alliage, le métal en excès commence à se
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Ascc des /irû/tûr/iû/u e/L/ifiués
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séparer de la dissolution à une température déterminée el continue à se précipiter jusqu'à ce que la partie restée liquide contienne 72 d'ar-
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2pnt contre 2M île niivr*». D« lors, l'areent *^M rMitaré «ie ruivre. I«r mivre ««^r ^atiiP'* «l'iinrent «ft, Ii??» tleux métaux -^ ^>(iciitiefit simullanrmrnl ^ tempènitiirp ••onsfanrf s«iiis forme «l'on mélao^ mécanique.
L'^lliasTP TJ^A// «ff ii^^^Ji :i point «le fiLsioa minimam a rerii If nrim f€ (iHtei:tui\gê Prof. iHithrie"^^
En «i'^tntrp^ ti*rmi*s. >ian.s <!faai'nn «len allia^pr!» lie la i^ériff, s«rlon que irf timiMir »»n arzpnf «^i siip»rif»iirt^ on inférimirr à 72, il se déposa loul •f i»h«ird. *^ir île?» rrinrailitif^ «fannmt, s«)it «les cristalliteH ilf? cuivre qui jT'^^'^îsfvent jusApi^i i-e ipte la partie ffihiie ait atteint la comp«>sition de IVnfertiipie;* T^il'iinrenr et jtA éie^niivre. L'eiitectiqne »e siiliililie ainpi rt fempératiir»» «'oii-^fanie •*n enirfobaat les cnstailites.
L**^ m *lanur>*s «»iitef-tii|iies ^)at hétérogènes^ ienr :»oli«liftiration niaînrenant «lans un i-ontact intime les métaux composants.
n n'v a pis tiViliiiir-* «pi* un '♦eul eutetrtiipie comme dans le cas ilf railiajre niivre^ryrent tpienoiis avons choisi. En ^néral^ lesalliasres s«* c»imp<'iS(>nf a rétaL liquiile de pliuieiirs â«>lations dont chacune ahnn- «ionne. en -^e refroiilis^ant, une li*jueiir mère. D'autre part, ces liqueurs m^^res n * •« * «•ombin*nî psw entre elles le plnssouvent, de si»rte qu'il sf» prridiiit un état très complexe quand la temp.^ratureest devenue assez h>a'*^ pmr que la masse entière se solidifie. Chacune de ces liqueurs mèr.*s m-*falliqiies est unalliaire eutecti«pie : il s'en présente donc «►niinairement plusieurs par série.
2" — OfUt'bes de ffi.iibiliW dea aciers. — De l'étude des courbe^ de fusibilité »ie^ aciers au rarbi>nedé«v>alera la srenèse de la formation «ie^ ronsli tuants.
Ces courbes de fusibilité s*>nt aussi des courbes de transformation. rar. f»endanl le refroidissement, le fer de Tacier se transforme en par- ^ Mirant plu* ou m«»ins complètement, comme on le sait, réchelle de^ variations al lof ro[Mques.
Nous résumeron-ii. aussi brièvement que possible, le phénomène de Vilidificatiori des aciers qu'anal vse magistralement M. Osmond dans son mémoire sur la }ltilalh(f raphia considérée comme méthode d'essai.
Prenons pour abscisses l#^s teneurs en carbone de à 1,60 Oet pour ^►rdonnées les températures. Pour chaque teneur en carbone, portons siirrordonnée correspondante les températures auxquelles commencent les difTérorits déj^'atremenls de chaleur.
On voit que Tcfisemble du diatrramme rappelle exactement le diagramme de fusibilité des alliages A//-Cm. La branche BE correspond.
ETl Dl DES l*ROPftirrE$ DBS DIVERS AUERS
ainsi qu'il résulte des expériences microsrraphiques, î\ une séparation lie fer pratiquement pur {ferrite): la branche EC à une séparation de
4/ û,3i *'^ ^» *'S ïc *.i r^ tjÇ rjf £,a
Fîg. 2i0.
carbure F^ (cémentite) et la branche à peu près horizontale à la séparation simultanée des deux constituants en lamelles alternantes {perlilé)(i).
Nous faisons abstraction, bien entendu, de la présence d'une certaine (|uantité de sorbite qu\y d'après des expériences déjà citées, serait toujours incorporée au mélansre de ferrite et de cémentite pour constituer la perlite.
Ainsi, conclut M. Osmoful. « Tacier au-dessus de BEC-, c'est-à-dire t( aux températures élevées, est une solution homoîçène du carbure n F^ dans une forme allotropique du fer : pendant le refroidissemeni . lent, cette solution laisse déposer, soit du fer, soit du carbure,quand « elle est saturée de Tun ou de l'autre; et elle atteint ainsi une com- M position déterminée, toujours la même, quel que soit le point de dé- « part, la composition de Veuteetique. »»
[I) Les branches A2B et A3B, se confontlsuot en une seule branche BE à partir du point B, correspondent aux transformation^ allotropiques du fer. à partir de? points Aj et Aj dont nous connaissons la définition.
JIKTAtXURaU Dt' FKII
C'est à une teneur voisine de 0,89 0/0 que les aciers sont presque» entièrement constitués de periite. Les aciersi moins de 0,89 0/0 de carbone sont formés de periite et de cémentite.
L*élude de la structure par les procédés micrographiques confirme la théorie delà trempe telle que nous l'avons exposée d'après M. Osmond; les travaux modernes l'ont étendue et complétée sans la détruire.
a) Si Von trempe aux températures élevées, c'est-à-dire au-dessus dt* la courbe BEC, et le plus énergiquement possible, par exemple dans l'eau (placée, la ferrite, la periite et la cémentite disparaissent.
Deux cas peuvent se présenter, selon que la teneur en carbone est inférieure ou supérieure à celle de l'eutectique :
Acier à 0,45 "^ • de carbone.
Acier A 1,5 */« de carbone.
TrcmpoQs-le à 1030* ; les ré- I actions et procédés mîcrographîques décèlent la présence de la maHens'xte dont les aiguilles deviennent plus petites et moins ' distinctes à mesure que Ion s'approche de reuteclique.
A\i delà delà teneuren carbone correspondant à l'eutectique, l\icier n'est plus homogène après la trempe et se laisse facilement rayer, au moins en certaines régions, par une aiguille à coudre.
Un acier à 1 ,5 0/0 de carbone trempé dans l'eau glacée se partage en deux constituants : V\xiiXau8tenUe(\),VA\ïtre, ta cémentite qui se reconstitue et dont la formation limite celle de l'aus- \
tenite.
b) Si Von trempe aux températures relativement basses, il y a à dis-
liny^iier deux nouveaux ras.
(1) L'a us te ni te oui nn sixioino constituant primaire des aciei'S ou carbone n*ap{tarai<sant que dans les aciers trempés extra-carburés.
Il en sera (fucstion ultérieurement à l'exposé de la théorie générale des arier^ «le In première série <ie lioberts Austen ,
ÉTUDE ItKS rROPRIBTlb DBS DIVKRS ACIRRR
Trempe au-dessous de BEC et audessus de k(E (r. diagvamine).
Trempe au-dessous de A,E (r. diagramme).
On retrouvera dans Tacîer trempé les constituants déjà isolés pendant le rofroidisscment lent avant la trempe.
Dans un acier à 0,3 de carbone, trempé à 720*, on trouvera de la ferrite et de la martensile partiellement formée.
Dans ce cas, la structure est constituée ; la trempe ne produit plus d*e(Tet.
L'analyse précédente suffit pour montrer la complexité du phénomène, car il n'v a pas seulement à faire entrer en compte la température de trempe, il faut aussi considérer un facteur qu'on peut rendre variable à volonté, à savoir, le liquide trempant.
On conçoit donc que des constituants de transition, tels que la /rm/.slile ou autres encore inconnus, puissent apparaître.
Article 2. — Aciers spéciaix de la l*"^ série de Koberts-Aisten
Nous examinerons spécialement les aciers mamjanèse et les aciers nickel.
Puis nous reviendrons sur l'histoire des aciers au carbone que nous essaierons de rattacher à celle des aciers manganèse ti des aciers nickel.
Nous dirons enfin quelques mots des aciers au bore et au cuii*re.
