II. — .4cf^r» nickel

Sons devons aux travaux de M. U>r/A dont lé nom a été déjà si sou vent cité dans notre travail des renseignements fort précieux au sujetdes propriétés îrénéralesde ces aciers. En nous aidant des résultats pu* bliés par les aciéries et forges de Sainl-Êlienne^ des travaux de M. liileii et de M. O^m'md.nous p3urrons donner une idée suffisante de cequ'on peu*, aclielleraînl attendre de ces aciers spéciaux nés d'hier et ayant créé, à cjté de l'ancienne série des aciers au carbone, des séries rivales tendant à prendre une place de plus en plus srrande dans les applications industrielles.

Les classifications qui suivent ne présentent, bien entendu,aucun caractère absolu, et si certaines teneurs en nickel n'y figurent point, c'est qu'il a été jugé industriellement inutile de fabriquer des métaux ne donnant pas de résultats assez sup^^rieurs à ceux des classes voisines. Leur prix eût été majoré d'autant sans trop d'avantages ; il ne faut pas oublier en effet qii? le nickel coûte encore cher et que son introduction en quantité assez appréciable dans le métal est un des obstacles à la vulgarisation de ces aciers spéciaux.

A — Dé à 3 0/0 de nickel. — Le nickel en faibles proportions exerce sur l'acier une influence analogue à celle du manganèse, il ag'it à la façon d'une trempe et paraît surtout très efficace pour modifier le grain. 11 a une tcnlance à favoriser renchevétremcnt des dendrites formées p:ir les cellules simples, l'état général de l'acier est plus vitreux, les élémiiuts en sont m >ins individualisés, la cassure est plus nerveuse. La valeur de Rest augmentée ainsi que celle de E, A 0/0 parait peu modifié, mais la résistance au choc paraît bien supérieure.

En outre, le métal prend mieux la trempe: il résulterait en effet rrexpériences dues à M. Mevcadier que le nickel tend à rendre le métal de plus en plus isotrope.

A ces faibles teneurs on l'associe souvent au chrome, on a ainsi d<*s mi'îtiiux dans lesrjuels lu fissilité est réduite au minimum et qui |)n'»senl(*ii(, vu leur homogénéité très grande, une résistance considérable» aux rhocs. Les aciers chromés et à 2 à 3 0/0 de nickel sont pirtiruliùremiMU connus par leur application au.x blinda§[es et au

ÉTUDE DIS PROPRIlbés DBS D1VBRS ACIERS

métal à canons. Ces aciers dans lesquels peut rentrer une quantité variable de chrome (de 1 à 2 0/0) sont susceptibles d'un s^rand avenir, car ainsi qu'on le verra par Tétude des aciers chromés, ils présentent une forte résistance aussi bien à la rupture par traction qu'à la rupture par flexion et sont très aptes à supporter les chocs à la condition qu'ils soient assez doux pir le carbone et n'en contiennent pas plus de 0,04 à 0,6 0/0. Il semble que vu leur prix relativement peu élevé, étant donné leur faible teneur en nickel, ils soient destinés à se répandre dans l'industrie, soit pour certaines pièces de machines, soit comme tôles, barres, essieux, etc..

Ainsi, pour fixer les idées, avec une teneur en nickel de 2 0/0, une teneur éijale en chroma et une faible teneur en carbone 0,4 0/0 (soit 4 millièmes), on obtient un mitai possédant après trempe et recuit une limite élastique E voisine de 70 kilos, avec une résistance à la rupture R comprise entre 83 et 9D kilos, pliant en outre à bloc en épaisseur de 10 mm. Sa cassure entièrement amorphe ne présente pas d'apparence de çrain; ce mitai nonfissil jouit en outre de la propriété remarquable de ne jamiis tapar à la trempe, propriété que ne présentent malheureusement pas toujours les aciers chromés sim|)lement carbures. On dirait que le nickel associé au chrome en pareille proportion permet à celui-ci de communiquera l'acier les propriétés qui lui sont spéciales tout en le préservant des accidentsqu'amèns souvent le chrome en la présence seule d'une assez forte proportion de carbone.

Mais pour que ces propriétés remarquables puissent être acquises, Tabsence du soufre est nécessaire ; dès que la proportion de ce métalloïde atteint 3 à 4 millièmes, il ne faut plus compter sur les résultats précités.

Si laissant de côté les aciers nickel chromés on ne considère que les aciers nickel léifèremint carbures ou man^janésés, on obtient à la traction les résultats suivants donnés par M. Jaunes IVilen de Chicago :

Acier à i 0/0 de nickel tenant 0,4i 0/0 de Cet 0,58 0/0 de Mn.

Métal coulé et recuit. . .

Métal la m î né

Métal laminé et recuit . .

A*. MKSUHK

siiii lOOmui

STRICTION /

i.ri

HiTÂhLVtiQïK DU FBR:

D*unc manière générale les aciers de 2 à 3 0/0 dé nickeh se lafsseirt façonner à chaud et à froid sans difficulté. Leurs caractéristiques à la traction sont :

Sur éprouvetles de 100 mm., forgées et recuites : E = 40 k. ; ï\=65 k.; AO/0 = 20.

Sur éproiivelies de 100 mm.^ trempées et recuites : E = 45 à 50 k. : R = 70 à73 k. ; A 0/0= 16àl8.

Acier à 3 0/0 de nickel tenant 0,35 0/0 de Cet 0,57 0/0 de Mn.

Métal coulé . . .

Métal coulé et recuit Métal laminé . . .

Métal laminé et recuit

A Vo MESURÉ

sur 100 mm

Le travail à chaud produit donc sur ces métaux une sorte d'écrouissage ; il est du reste assez délicat à pratiquer et produit quelquefois des criques et gerçures qu'il importe d'enlever soigneusement lors du forgeage ou du laminage à l'aide de la gouge ou de la tranche à chaud. Au-dessus de 5 0/0, le travail est beaucoup plus facile. Quant au travail à froid (poinçonnage^ cisaiUagej etc.), il n'est possible sans danger qu'avec une teneur minima en carbone.

B — De o à 20 0/0 de nickel. — L'emploi de ces aciers avait donné lieu jusqu'à ces derniers temps à bien des méprises parce qu'on voulait les traiter absolument comme les aciers simplement carbures. On les tenait ainsi pour fragiles et excessivement durs ; les recuits ordinaires ne permettant pas de les adoucir et de les travailler à froid.

C'est par recuit effectué à basse température ou plutôt paruae sorte de revenu vers 400 ou ioO^ (entre le bois fumant et le bois flambant), revenu analo^"ue<\ celui auquel on soumet les ressorts d'acier au carbone après leur trempe à l'eau qu'on donne à ces aciers des propriétés qui les rendent fort précieux. Si le recuit est poussé plus loin, du rouge sombre au rouge cerise, on opère comme une sorte de trempe, qu'on

ÉTUDE DES PROPBliriS DES DIVEB8 AOERS 349

refroidisse ces aciers rapidement ou lentement à Tair ou dans des matières pexlco.nduçtricesj telles que la cendre, la chaux, etc..

On constate, en outre, que Faction durcissante de teneurs croissantes en carbone et en manganèse se maintient comme dans les aciers ordinaires de même composition chimique.

Voici quelques résultats d'essais à la traction :

1** — Aciers de Zàl 0/0 de nickel. — Les essais de traction effectués sur barreaux recuits à basse température (bois flambant) donnent :

E — de 45 à 55 k.

R — de 60 à 80 k.

A 0/0 mesurésur 100 mm. de 22 ( ^^'^'^ '^« ^^"^^^^ ^"^ ^ ^^ ^"• à 15 0/0.

A cet état de recuit spécial, tous ces aciers peuvent subir les différents travaux à froid. Si les essais de traction sont effectués sur barreaux recuits aux températures ordinaires, soit du rouge cerise un peu avancé au rouge cerise clair, on trouve pour :

E — de 55 à 75 kg. J

R — de 80 à 100 kg. / selon les teneurs en C et Mn.

AO/0 — del6à 12 0/0 )

On peut encore exécuter le travail à froid mais avec grande difficulté; en tout cas la ductilité a considérablement diminué, ainsi qu'en témoignent les essais de pliage, et cela d'autant plus que ces aciers ont été recuits à plus haute température.

Au point de vue de la trempe ces aciers sont bien moins sensibles que ceux à teneurs plus faibles en nickel et à fortiori que les aciers ordinaires ; les effets de la trempe dépendent du reste de leur teneur en C et en Mn.

Un acier à 5 0/0 de nickel ayant donné après recuit à basse température :

R = 66 kg., A 0/0 = 22 et une striction de 56 0/0 a donné la même striction après trempe au rouge clair et revenu au rouge sombre, 13 0/0 pour A et 90 kg. pour R.

2** — Aciers de 10 à 20 0/0 de nickel. — Des essais de traction effectués sur barreaux recuits à basse température (bois fumant) donnent :

350 JfÉTALLURèlB DU WEB

E — de 55 à 80 kg. \

R — de 75 à 110 kg. / selon les teneurs en C et en Mw.

A— de 18 à 12 0/0 )

Ainsi recuits ces aciers supportent très aisément toutes les variétés du travail à froid.

Si les essais de traction sont effectués sur barreaux recuits aux températures ordinaires, soit du rouge sombre au rouge cerise clair, on trouve pour :

E — de 75 à 120 kg.

R— de 100 à 160 kg.

A— de 13 à 6 0/0

Le travail à froid n'est pas possible pratiquement sur un métal ainsi recuit, mais on pourra utiliser un pareil traitement quand on voudra durcir superficiellement certaines surfaces (plaques de blindages, pièces de machines, etc ) en se mettant à Tabri des

tapures.

Au point de vue de la trempe, ces aciers manifestent une réelle insensibilité, quelle que soit Ténergie du liquide trempant, c'est-à-dire ne durcissent ni ne s'adoucissent; l'état du métal, après cette opération, étant le même qu'après un recuit à même température.

C. — Dj 2) à 25 0/0 de nickel. — Ces aciers sont extrêmement remarquables par leur grande malléabilité et leur inoxydabilité presque complète.

L'influence durcissante de la trempe, qui s'atténuait avec les aciers à teneurs inférieures à 20 0/0, à mesure que la proportion de nickel auijmentait, devient négative, pour les aciers à 20 ou 25 0/0. La résistance à la rupture R diminue, A 0/0 augmentant.

Le mandriiiage à froid augmente E et R tout en conservant au mêlai des allongements encore très élevés ; la trempe à l'eau adoucit notamment le métal et le rend très malléable.

Un acier de 20 à 23 0/0 de nickel trempé donne après mandrinage à froid : E = 30 à 33 kg. ; R = 80 à 83 kg. ; A sur 50 mm. = 30 a .10.

Avant mandrinage, ces mêmes aciers trempés à l'eau donnent E = 35 kg., K = 67 à 73 kg. ; A 0/0 sur 50 mm. =t 45 à 50 0.

irVDE DBS- PROPR^liTés DBS DITI^RS ACIBRS 351'

Avant trempe, après forgeage sans recuit : E = 45 kg. ; R = 80 à 85 kg ; A 0/0 sur 58 mm. = 30 à 35 0/0.

Mais les résultats précédents, qui suffisent pour donner une idée des

propriétés de ces métaux» ne sauraient être considérés comme absolus,

car la proportion plus ou moins grande de carbone contribue pouf sa

part à les modifier.

La valeurdu rapport — -— semble varier dans d'assez étroites limites,

quels que soient les divers traitements subis, sans que le fuseau soit accusé ; car, comme l'acier manganèse, l'acier nickel semble s'allonger sur toute sa longueur au lieu de s'amincir en un seul point comme l'acier ordinaire.

Le travail à chaud et notamment le laminage paraissent écrouîr considérablement ce métal, car on constate, dans la plupart des essais sur métal laminé que E est réduite fortement parle recuit.

Ainsi un acier à 25 0/0 de nickel ; 0,27 0/0 de C ; 0,85 0/0 de Mw a donné après laminage : E = 63 kg., R = 80 kg. 2, ce même métal recuit après laminage a donné : E = 20 kg., R = 70 kg.

L'usinage de ces aciers à haute teneur a présenté à l'origine de grandes difficultés; on a pu le mener à bien en employant des machinesoutils très puissantes permettant d'exercer des pressions considérables sur les outils : on a employé pour ceux-ci l'acier chromé trempé et faiblement revenu ou des aciers au tungstène de très grande dureté. L'angle de coupe a été pris très obtus afin d'éviter le refoulement des tranchants et supprimer le broutement. Néanmoins pour les travaux à froid comportant des tolérances très resserrées 1/50 ou 1/100 de mm., on ne saurait employer ces aciers sans inconvénients à cause de la nécessité où l'on se trouve de terminer les passes avec un même outil forcément très fatigué après un si dur travail.

Pour les pièces exigeant un simple travail d'alésage on emploie avec b^iucoup d'avantages Tacier à 20 ou 23 0/0 de nickel, surtout quand ces pièces affectent la forme de cylindres, auquel cas on leur donne des propriétés remarquables par le mandrinage à froid. Le même métal sera fort judicieusement employé pour les tôles minces par suite de son inoxydabilité, de sa grande résistance jointe à une malléabilité permettant de réduire les épaisseurs et de les cintrer et ployer à froid.

Pour compléter cet aperçu général il faut dire quon peut encore ubte-

tÊÈTAïucmon m;

nir une urie daâen de duretés rariabUs par le carbone ^ le silicium, le manganèse et le chrome qu'on adjoint au nickeL

Oa voit donc quelles ressources considérables offre aa conslrucieur la série tout à £ait remarquable des aciers nickel.

Nous donnons enfin, pour terminer, les nombres qu'on peut considérer comme typiques pour caractériser un acier nickel à 23 0/0 en admettant que les teneurs en carbone et en manganèse soient assez faibles.

Naturel )

Recuit rouge cerise ) 1 Trempé rouge cerise

A tous les états le métal plie i bloc sans çerçures. Ces aciers sont en outre susceptibles d*un très beau poli qui ne s*altère presque pas sous les influences atmosphériques (1).

D — Points de transformation des aciers nickel (M. Osmond). — Le cas du nickel a été à cet é^ard aisément étudié parce que l'on peut obtenir des aciers-nickel pauvres en C.

On doit aux recherches de M. Had,ieldei à celles de la C* des Aciéries de Sainl-Elienne des séries d'échantillons bien appropriées où la teneur en C reste très faible.

Si l'on examine avec çrande attention ces différentes séries (et nous renvoyons pour cette élude aux tableaux remarquables qu'ont publiés les Aciéries de SainUElienne lors de la récente Exposition de cette ville), on remarque que pour des barreaux recuits :

— La résistance à la rupture par traction R s'élève d*abordproçressi-

(1) Lc>s alliages <lc fer ot <le nickel possèdent une autre particularité iotêressanlc, ccili* do devenir facileiiicnt srhhlnuc sous rinHucnce du forgeage.

Celle schisLosilé, mise en évidence par toutes les méthodes d'attaque, se traduit par 1.1 roriuition de bindes allernalivmiienl plus et moins attaquées, s 'enveloppant les unes le«« autres, el perm'^tlant de suivre la r.'*|iartition des dérormalions dues au forgcage ou au laminage (Osmond).

Il y a là. pour le constructeur, milière à réflexion; et, peut-être, ne serait-il pas inutile d'établir des tableaux comparatifs donnant les diver<«es caractéristiques du métal à la traction sur des éprouvelles prises en long et en travers.

éri DE DBS PR0PBliTK8.1}BS HIVERS ACIERS 3$d

vement avec la teneur en nickel et A 0/0 décroît d'une façon correspondante. -

— Entre 10 et 24 0/0 environ, R reste voisine d*un maximum et la ductilité d'un minimum.

— Enfin vers 23 0/0, R s'abaisse et A 0/0 se relève.

Les nombres que nous avons rapportés plus haut d'après les essais de M. Werlh conduisent du reste à ces résultats. La série se subdivise donc en 3 groupes :

— i" groupe. — Les points critiques d'abord séparés se réunissent et s'abaissent progressivement (513 à 300** pour 7,65 de N/) ; la dureté à la lime ne paraît guère différer de celle des aciers ordinaires ; les barreaux ne gardent pas notablement le magnétisme rémanent.

— £• groupe. — Le point de transformation s'abaisse au-dessous de 400 à 330^; à 130-120» pour 13,48 de Ni ; à 85-63» pour 19,64 de N/ et la transformation n'est pas complète à la température ordinaire pour 24,51 de N/; en même temps la dureté s'élève beaucoup; sans atteindre celle des aciers durs au carbone trempés, elle rend pratiquement très difficile le travail à l'outil; les barreaux courts gardent le magnétisme rémanent. On peut s'assurer que l'apparition de la dureté coïncide avec celle du dégagement de chaleur pendant le refroidissement.

— 5» groupe. — Vers 23 0/0 de nickel ou un peu au-dessus, il n'y a plus de point critique pendant le refroidissement lent, la dureté minéralogique est faible, le travail à l'outil possible, sinon facile, le métal est pratiquement non magnétique.

On peut d'ailleurs vérifier,sur les séries des Aciéries de Saint-Etienne, que la dureté à la traction varie en sens inverse de la teneur en C pour les métaux i 23 0/0 de Ni recuits ou trempés à l'huile.

Dans la série à 13 0/0 de N/, la dureté à la traction, après avoir augmenté en même temps que C, diminue rapidement pour des additions de C successives.

Telle est, au point de vue des transformations allotropiques et exposée par M. Osmond avec la précision accoutumée, l'histoire des aciers nickel.

III. — Comment j avec les faits actuellement acquis, la théorie rend^elle .. compte des propriétés des aciers au carbo^ie^ au nickel, et au manganèse?

... Précisons maintenant la méthode dont s'est servi M. Osmond pour décoaTiîr les différents états alfotropiques du fer; nous aurons amplement recours pour cela aux deux importants mémoires de cet ingénieur sur la méthode de refroidissement et sur les essais de trempe.

Il en résultera l'établissement d'une ^fauche de théorie générale rendant compte dans une certaine mesure, avec les faits actuellement acquis, des propriétés des aciers de la 1"* série de Roberts^Austen.

A. — Courbes de refroidissement. — Un corps chaud se refroidissant librement ; si l'on prend pour abscisses les températures successives du

Températures

Fig. 241.

Températures Fig. 242.

corps et pour ordonnées les temps croissants qu'a mis le thermomètre à s'abaisser d'un même nombre de degrés on aura, en général, une courbe telle que l'indique la figure 241.

Si l'on remarque sur la courbe différents accidents tels qu'un renflement a, une dépression h, une flèche aiguë Cy c'est qu'il est survenu un ralentissement pendant le refroidissement, une accélération ou un arrêt (Voir fig. 242).

En admettant que les conditions extérieures n'aient subi aucune modification brusque, chacune de ces perturbations révélera soit un dégagement, soit une absorption spontanés de chaleur et correspondra soit

ÉTUDE DBS PftOPRltrtS DKS DIVBR8 AaKRS 35S

à la production- d'tine modification allotropique, soit à une réaction chimique, etc..

Tel est le principe de la méthode de refroidissemeui .inaugurée par Regnaull et appliquée si judicieusement par M. Osmond à i*étude des aciers. Et si la méthode réciproque de réchauffement n'a pas prévalu, cela tient à la difficulté de maintenir une enceinte à température constante.

B. — Des trois étals du fer: «, jS et y. — A Tinspection des courbes de refroidissement tracées plus loin, on constate que pour les aciers au carbone considérés il se produit un, deux ou trois dégagements de chaleur pendant le refroidissement.

Dans le fer électrolytiqne qui se rapproche le plus de la pureté, ces dégagements sont au nombre de deux : le premier a,z brusque à 835", le second a^j, progressif entre 740 et 700".

Ce dernier point d'après les recherches de M. Osmond correspondant seul à l'apparition du magnétisme, ce savant ingénieur a été amené à conclure que «,3 ^t ^ra correspondaient chacun à une transformation moléculaire distincte du fer.

Ainsi le fer serait à Vétil « an-dessous de a^^, jS entre a,^ et a^a et y audessus de a^j.

A l'origine de la théorie on avait pu, pour plus de simplicité, et en l'absence de raisons décisives, réunir et considérer comme rattachés à un phénomène unique les deux points a^ et ^3 : il a fallu les séparer quand on a montré qu'un seul a^ coïncidait à l'exclusion de l'autre avec l'apparition ou la disparition du magnétisme. Les deux variétés j3et yse trouvaient donc confondues dans la théorie antérieurement exposée et dite du ferp.

Un 3* point ar, presque nul dans le fer électrolytiqne correspond à un dégagement de chaleur croissant d'abord avec la teneur en C, devenant très fort dans l'aciec dur et décroissant quand on passe de l'acier dur à la fonte. Ce point correspond au phénomènr dit de la récalescence car la chaleur dégagée peut, dans certaines conditions, ramener la température du métal du rouge très sombre au rouge cerise : il indique la transformation du C de trempe simplement dissous dans le fer en C de recuit formant avec le fer un composé défini et isolé de la masse sous la formule probable F^^ C.

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^. !43. — Courbes de rercoidUsemcnl.

iTTDK DES PROnuiTBS DBS DtVKBS AdUIS 357

La position normale de ces points critiques pendant lerefroidissenieni lent est approximativement :

Pour a|

Transformatiou du C de trempe eu C de recuit ou carbure de fer

Pour a.

Coïncidant avec fapparition du magnétisme et correspondant à la

Fe'C. Température : transformation en fer 650^ I ^. Température : 700 à

Pour 83

Coïncidant avec la transformation en fer 7. , Température : 855".

Aujourd'hui encore, ajoute M. Osmondy on doit envisager coiunu* possible, i la suite des essais de M. le docteur fia// et de M. (j/r/>, la nécessité ultérieure d'un dédoublement du fer>. 11 y aurait donc à ajouter un quatrième point critique a^y du moins dans les aciers très doux, vers 1300* environ. Nous ne possédons pas encore de données suffisantes sur le point de Bail pour en tenir compte. Néanmoins, nous en dirons quelques mots ci-dessous.

La position des points dp ai, a^ n'est pas fixe sur réchelle dos températures, elle varie ainsi qu*on sait avec la composition cliiniique, la température initiale, la vitesse du refroidissement et peut-être aussi avec la pression.

Une teneur croissante en C relève a^ de 60O à 700° et abaisse d'abord a^ ; pour une teneur en C de 0,30 0/0, a^ se confond avec a.^ ; pour une teneur en C de 0,50 0/0, le point double «35 s'est beaucoup ra|)proché de ai ;pourC> 0,80 0/0 la confusion des trois points est complète.

Il résulte enfin d'expériences nombreuses et de déductions rii^oureuses que ce sont bien les points Uz et a^du fer qui se retrouvent dans les points doubles ou triples ^3^ ctaj^i des aciers, car les courbes des pouvoirs thermoélectriques et de la résistance électrique par rapport à la température présentent au point ^3 quand il est isolé des phénomènes typiques qui se transportent au pointas ^i des aciers durs; rapparilion du magnétisme qui est caractéristique du point a^ se retrouve aux points arz2 et ar32|, ^t^*-

C. — Sur le point de Bail. — En 1890, au meeting de llron and u 23

358 «^TALLURGIE DU FER

Steel bistitute, le D** Bail publiait le résultat d'expériences faites en 1884, tendant à rendre probable l'existence d'un nouveau point critique du fer vers 1300^; M. Curie la confirmait récemment.

Il serait téméraire d'affirmer que le dégagement de chaleur du point «4 puisse être exclusivement attribué à une nouvelle transformation allotropique du fer.

Quelles que soient les précautions prises, le métal s'oxyde superficiellement dans les diverses opérations accomplies, la solidification de la scorie qui s'est formée dégage de la chaleur.

Le changement de structure, dû à la cristallisation du fer, intervient î\ son tour.

On voit donc combien le problème est difficile à résoudre.

Quoi qu'il en soit, et sans nier Texislence d'une nouvelle forme allotropique qui pourrait être le retour à Vélata, le point de Bail paraît correspondre à la température de soudure du fer.

Quelle est la cause pouvant empêcher la soudure du fer quand ce métal a été chauffé en atmosphère oxydante, sinon l'oxyde de lasurface? Le fer se soude, en effet, vers 700® dans une atmosphère d'hydrogène.

L'obstacle à la soudure n'existe plus si l'oxyde vient à fondre; quand il est devenu liquide, les surfaces sont décapées. Et c'est pour abaisser son point de fusion qu'on ajoute dans les forges comme fondants du sable ou du borax sur les surfaces à souder.

Qu'il nous suffise de signaler l'existence probable du nouveau point ^4, de nouvelles expériences encore plus concluantes sont nécessaires pour rétablir définitivement comme certaine.

Ajoutons toutefois que ce changement moléculaire possible vers 1300° semble n'intéresser que d'une manière très éloignée la question du traitement des aciers.

D. — Permanence des formes allotropiques. — Les formes allotropiques i3 et y peuvent-elles être maintenues en totalité ou en partie à la tempt^ralure ordinaire, étant donné ce que Ton sait sur l'instabilité de ces formes pour certains corps?

La physique nous apprend, d'une part, que les corps dissous exercent sur les dissolvants ce qu'on appelle ]ti pression osmotique, celle-ci abaissant les points de coui^^élalion et de volatilisation du dissolvant. Les pressions, au sens ordinaire du mot, déplacent aussi les points de congélation et de volatilisation, elles les abaissent ou les relèvent selon

r ÉTUDE (ISS PBOPRtBTÉS DES DiVeHS ACIERS ^59

leur signe et celui ilii rhan^einenl de volume accompagnant k- rliaiigfment d'état.

Nous savons, d'autre pari, qu'au rouge C se dill'use dans le fer amenant à la coïncidence avec a,[ les poins «,3 et n.i dans les aciers durs : nous savons aussi que Mii, N/, Ck atiaissenl l'^alement les trois points de transformation, quplquefnia même au-dessous de la température ordinaire. Certains carbures doubles tels que (Vc-yiiiYC, iFc-Crl'C, elc... agissent de mi^me, paratl-îl.

Ne sonl-ce pas là des manifestations bien iiclli-s de l'exisleiici' des pressions osmotiques?

Quant au n'de des pressions extérieures, il suffit derappeler les effets de la trempe par compression de M. Cléimndol, ceux du laminaire leiminé au rouge sombre et enfin ceux même de la trempe.

Chaque variété allotropique du fer a son coefDi-ienl de dilalalioii propre, plus les poinis critiques seront abaissés, plus le changemeni brusque de volume sera grand : de là, les ruptures si fréquentes déterminées par la trempe {Le Chatelier). N'est-il pas nature] de concevoir que ces tensions considérables produites dans un solide praliquemenl incompressible puissent déterminer la conservation de telle ou telle forme allotropique du fer instable à la température ordinaire sous la pression atmosphérique?

D'un antre cûlé Icspressionsétantengendréespar les transformations mêmes, une transformation ne pourra être arrêtée que si elle est partiellement accomplie. (Exemple ; vaporimlion de l'eau arrêtée quand la pression a atteint une cerlainevahur fonction de la température). De là, la possibilité théorique et probablement la nécessité de la présence simultanée de deux au moins des états du fer dans les métaux oi"] l'on a retardé les transformations.

Le fer a est magnétique : c'est celui que nous connaissons le mieux, puisqu'il est dans le fer pur refroidi lentement, métal dans lequel toutes les transformations se sont faites à leur température normale.

Les variétés |3 et y ne sont pas magnétiques, réunissons-les avec M. Jiowe sous la dénomination unique de fer non «. Dans un mélange moléculaire de fer a et de fer non a, on conçoit que ce dernier puisse se comporter comme une résistance passive qui fera obstacle à la polarisation du fer et conservera cette polarisation quand elle aura été une fois obtenue. La présence des molécules incries du fer non «, dit M. Osnioiid, serait la cause nécessaire et suffisante de ce qu'on appelait au-

360 IIÉTALLUROIB DU FER

trefois la force coercitive : de même la pierre d'aimant FeH)* est formée d'un corps magnétique F^Oet d'un corps non magnétique F^^. Le magnétisme rémanent est nul quand la totalité du fer est à l'état a, passe par un maximum pour un mélange de fer ex et de fer non « et redevient nul quand il n'y a plus de fer a.

Les faits paraissent donner confirmation à cette manière de voir puisque le magnétisme tolal est maximum avec le fer pur et diminue progressivement à mesure que C, Mn et Ni augmentent.

E. — Classification générale des aciers au carbone, au nickel et au manganèse. — Si maintenant, il est possible par des artifices spéciaux d,e conserver à la température ordinaire les deux formes qui ne s'y trouvent pas naturellement en équilibre, on doit s'attendre à rencontrer, parmi les innombrables variétés des aciers, trois types généraux bien distincts, suivant que a, J3 ou y dominera et imposera sa marque (Osmond) .

Les trois types ou groupes existent réellement et correspondent bien î\ la conservation de chacune des formes du fer, indépendamment des moyens mis en œuvre pour obtenir cette conservation. Les uns auront été réalisés parce que des corps tels que Nf, Mw, Cu auront abaissé ou même supprimé les points de transformation, d'autres l'auront été par (les trempes appropriées, etc..

En fait, ces trois groupes ont été étudiés en détail pour les aciers manganèse et les aciers nickel.

1°) — Nous avons considéré un groupe d'aciers {le troisième) difficile à travailler à froid, sansgrande dureté minéralogique, déformables et non magnétiques ; ce groupe comprenait les aciers à plus de 13 0/0 deMnet ceux à 25 0/0 de N/.

Ces métaux n'ont pas de transformation du tout; le fer y est donc par définition à Télat y. Nous négligeons, bien entendu, de tenir compte du point «4 indiqué par lially confirmé par M. Curie et sur lequel les données sont encore trop incomplètes.

Peut-on rattachera ce groupe certains aciers au carbone?

Il est permis de répondre affirmativement.

Et d'abord relevons avec M. Osmond une erreur de méthode fort grave.

Le carbone, le nickel et le manganèse constituent trois éléments susceptibles d'abaisser ou même de supprimer les points de transfor-

JÊTUDE DBS PROPRIBTlb DBS DIVBRS AaSRS 361

mation. L'un d'entre eux, le carbone, a la propriété de former avec le fer pendant le refroidissement lent un composé défini susceptible de s'isoler dans la masse. Au nickel et au manganèse actifs on ne saurait comparer le carbone inactif isolé sous forme de carbure de fer mais seulement le carbone actif, celui que la trempe conserve sans que nous en connaissions exactement la vraie nature. Seuls les aciers au carbone trempés peuvent être comparés aux aciers nickel et manganèse : // est absurde de croire qu'on rendra des métaux différents comparables, en leur faisant subir des traitements identiques.

Celte digression indispensable étant faite, voyons s'il existe des aciers au carbone analogues aux aciers nickel ou manganèse à haute teneur. Pour cela trempons la différente série de ces aciers assez rapidement pour déterminer la diffusion complète du carbone. La dureté minéralogique croît, suivant une loi mal connue, avec le carbone, depuis celle du fer doux jusqu'à celle de l'orthose; le magnétisme rémanent augmente parallèlement. Ces 2 variables paraissent atteindre un maximum pour une teneur en C voisine de 1 0/0.

Quand le carbone s'élève au-dessus de 1 0/0 environ, on voit apparaître un nouveau constituant appelé austenile par M. Osmond en souvenir de la grande part prise par le professeur lloberts Austen à l'établissement de la théorie allotropique, d'une part, et de ses nombreux travaux, d'autre part, se rapportant à la métallurgie générale.

La proportion àtYausienite croît avec la teneur en C jusqu'à 1,6 0/0 de C mais ne peut dépasser 30 0/0 et reste limitée par la formation de la cémentite. Les propriétés de Vaustenite la rapprochent beaucoup de l'acier manganèse à 12-13 0/0 et de l'acier nickel à 23 0/0.

2®) — Nous avons considéré aussi un groupe d'aciers doux (le premier) magnétiques, peu ou pas magnéti-polaires sur barreaux courts. Ces métaux ont leurs points critiques au complet et placés au-dessus de 400^ environ : la plus grande partie du fer y est à son état normal, l'état «. Nous avons vu comment s'y répartissaient les aciers nickel ou manganèse à faible teneur; il est inutile de parler ici des conditions dans lesquelles on obtient le fer a dans les aciers au carbone, c'est l'hisloire des divers procédés calorifiques antérieurement étudiés.

3*) — Passons au î'' groupe, cchû des cas intermédiaires qui sont Timmcnse majorité et ressortissent notamment au phénomène de la trempe, soit celui des aciers plus ou moins durs et magnéti-polaires qu'on obtient toutes les fois que pour une raison quelconque les points de trans-

3t)2 lIBTAtXURGlB DU FER

formation ont été abaissés au-dessous de 350 à 400° environ. La trempe contribue pour une çrande part à donner une catégorie d'aciers appartenant à ce groupe,car elle ne supprime jamais complètement les transformations. Et en effet, on constate un dégagement de chaleur quand il est possible de suivre le refroidissement ; de plus les métaux considérés étant magnétiques, on est certain que les transformations se sont effectuées au moins en partie, mais elles sont forcément restées incomplètes puisque les propriétés finales diffèrent très notablement du fer doux.

M. Osmond attribue les propriétés caractéristiques de ces aciers à la conservation d'une partie du fer à la forme P, la transformation du fer j3 en a se limitant elle-même parla pression qui résulte du changement de volume. Quoique cette hypothèse paraisse vraisemblable il resterait à prouver directement par l'expérience que les transformations du fer sont incomplètes. Pour cela, il faudrait :

1"* — Mesurer les quantités de chaleur normalement dégagées aux points «ri et a,z pendant le refroidissement du fer pur;

2** — Mesurer la quantité de chaleur réellement dégagée au point double a^zi par les aciers qui restent comme trempés après refroidissement lent;

3** — Montrer que cette seconde quantité de chaleur est inférieure à la somme des deux premières.

Or, en pratique, la comparaison est difficile, car on n'a pas d'aciers sans carbone, puis on n'a pas de procédé exatt pour transformer en calories les relards observés pendant le refroidissement et l'on ne sait pas, du reste, comment les chaleurs de transformation varient avec les températures où les transformations se produisent.

Quant à Vinspection des courbes de refroidissement, elle est insuffisante pour des mesures de cet ordre.

En admettant que la transformation de jS en a soit incomplète dans les aciers trempés ou assimilables,cette transformation y est au moins partielle puisque les aciers en question sont magnétiques ; de plus cette transformation de ? en «, en a,^, se réunit à celle de y eu j3, en ar3,qui la précède normalement et qui dégage beaucoup plus de chaleur. La fraction supposée supprimée de a^ ne représente donc, dans les cas les plus favorables, qu'une assez petite partie du dégagement de chaleur subsistant lequel comprend la transformation probablement totale de y en ,3, plus la transformation partielle de jS en «.

ÈTUItR DBS PROPRIÉTÉS US DIVBRS ACIERS 363

Incidemmenl il resle à montrer pourquoi la démoiislration donner par M. Osmond pour prouver que c'est bien exclusivement à la présence du fer 3 çHr? les aciers trempés doivent leurs propriétés spéciales n'est plus reganiiie par Itii comme concluante.

L'analyse micro^raphique a montré que l'acier trempé dans ces conditions entre a,3- et a^i était formé de 2 constituants principaux ferrite et marlensite séparés par une zone irré^uiière de transition remplie par de la troostile. Le mélange se laisse limer parce qu'il contient une proportion suTfisante de constituants doux ferrite et Iroostite et donne la réaction du carbone de trempe par la Hj(ir/e/!5//(îquiest dure et par la troostite. Les anciennes conclusions de M. Osmond ne restent donc applicables qu'à la Iroostite; mais comme on ne sait pas préparer la troostile pure, elles ne sont pas probantes puisque, dans le mélange, la douceur et le carbone de trempe n'appartiennent pas simultanément à toute la masse.

IV, — Aciers au cuivre.

Les aciers au cuivre ne sont pas encore entrés dans la pratique courante. Ce sont des aciers au carbone préparés à la façon ordinaire et additionnés d'une quantité de cuivre variant de quelques millièmes à 3 ou 4 et même a 0/0.

Pour que ces métaux puissent supporterle travail à chaud, il importe qu'ils soient pauvres en carbone; dans ces conditions, ils sont relativement doux, A varie alors entre 22 et 23 0, E assez élevé varie de 'M à 33 kg. pour des valeurs de H comprises entre 48 et 33 kg.

La trempe produit une certaine modification des propriétés mécaniques, mais A n'est pas abaissé au-dessous de 13 0^ 0, la striction restant toujours assez forte.

Quand ces aciers ont une assez forte teneur en cuivre {5 0/0 environ), ils présentent cette particularité qu'ils ne peuvent se forger sans crïquer, qu'à une très haute température. Dès que la température baisse au-dessous d'une limite qui paraît correspondre à la température de fusion du cuivre, le métal crique aux angles sous le marteau en lan- (;ant des étincelles bleues de cuivre. En cassant à froid la barre dans la partie criquée, les cristaux de la cassure sont recouverts d'un enduit de cuivre, ce qui semble indiquer que dès que le cuivre se solidifie, îi passe en grande partie dans le ciment de l'acier (Brustlein).

364 IféTALLURÛlB DU FER

Etudions l'influence de la présence du cuivre sur la position des points critiques, d'après les résultats publiés par M. Osmond concernant 3 échantillons à lui fournis par le professeur Roberls-Auslen et préparés par Edwin J. Bail et Arthur Wingham :

l«r échantillon : C = 0,102 — Cu = 0,847 2« échantillon : C = 0,183 0/0 — Cw = 4,100 0/0 3° échantillon : C (moins de 0,10 0/0) — Cu = 4,44

Pour le métal à 0,847 de Cw, les 3 points a,3,ari, flp, sont bien différents, mais a,z dont la position normale est à 855"* a déjà été abaissé de 40 à S0<*. Quand la teneur en Cm augmente, a^a vient se confondre avec a,2 vers 710**, a,t descend également.

On peut retenir que 4 0/0 de Cu produisent à peu près le même effet sur la transformation du fer que OyîO de carbone.