BAS
Bcird. ...
Centre . . .
M — MILIKII
Bord. . . .
Cenlre . . . .
Mu
0,0 vo
Vh
Mit
Mn
Les parties où le métal mère s'est solidifié pres(jne instantanément
METALLURGIE DU FER
au conlact de la coquille ont conservé une composition à peu près homogène, la teneur en carbone ne variant que de 0,280 à 0,330 et Ion peut aussi considérer le lingot comme suffisamment homogène dans la moitié de sa masse inférieure.
f( La ségrégation est moins accentuée dans les lingots de métal extra- « doux, coulés dans des moules en fonte de forte épaisseur, quoiqu'elle « ne soit cependant pas négligeable.
« Le manganèse est l'élément le plus uniformément réparti dans « l'acier.
« D'une manière générale, il paraît impossible de soustraire au phé- ({ nomène de ségrégation l'acier coulé, dur ou doux, soit en grande ou « en petite masse. Môme pour l'acier i\ outil fondu au creuset et coulé « en petits lingots de 30 à 40 kilogr., il est rare de rencontrer une barre « de deux à trois mètres d'une parfaite homogénéité.
« L'examen microscopique décèle des différences entre deux échange tillons pris à des places voisines d'une pièce martelée ou laminée. (( On a donc affaireà un mal inévitable, mais dont on peut cependant « atténuer les effets en grande partie en les localisant (Pourcel). »
Nous reproduirons enfin, pour terminer ces notions si essentielles sur la composition chimique d'un lingot d'acier, et à litre d* exemple ^ un mode d'expérimentation pratiqué par M. Brusilein aux aciéries d'VnieuXyd^na le but d'apprécier, par les essais mécaniques, la loi de variation de la résistance du métal dans les diverses régions d'un lingot (1).
Un lingot d'une tonne fut coulé rond pour une commande d'un cylindre creux en acier dur; après forgeage au pilon et recuit, c'est-a-dire élévation au rouge cerise clair de la température du lingot refroidi après forgeage, on pratiqua une saignée détachant la partie supérieure de ce lingot. Puis, au-dessous, une rondelle de métal de m. 040 d'épaisseur fut découpée; elle aurait occupé dans le lingot brut la place indiquée en pointillé dans la figure ; c'est-à-dire qu'elle était placée un peu audessous de l'entonnoir probable du retrait.
Dans cette rondelle A, on a coupé deux barreaux B et Ç placés tous deux comme l'indique le croquis ; dans le milieu du barreau C on a tourné directement uneéprouvette C destinée à être rompue par traction suivant son axe, de m. 100 de longueur et de 13 mm. 8 de diamètre.
(I) Rapport do la commission des méthodes d'essais.
mUODt'CTlON A L
D'un autre côlé, on a étîré au marteau le harreau B en une barre carrée E de m. 022 de côté el de 1 m. 200 de longueur environ ; celte barrea été recuite après étirage au marteau. A m. 050 de cliacune dcMcvtrémilt^s de cette barre, on a pris deux longueurs de m. 100
Après ètampafft
Lingot brut efe coulée
Fig. 75 el 76.
dans lesipielles on a coupé des éprouvelles de traction de mêmes dî mensions que C el c|ue nous appellerons Er, Ej;.
Enfin, on a coupé, exactement dans le milieu delà barre E, une troisième longueur de ni. 100 pour faire une éprouvelle Em.
D'autre part, le perçage du cylindre laissait une ilnie pleine cylin- <lrir]iie de 50 mm. de diamètre, on en a ronpé le bout à m. I8U de l'extrémité et on l'a fait refouler à chaud sous le piluii en un (ii3(|ue de 22 mm. d'épaisseur et de m. 170 de diamètre. Ce discpie a été recuit et suivant un diamètre on a coupé un barreau D k l'outil.
Les essais mécaniques ont montré cpie la dureté du métal s'écartait peu de la loi que nous avons indiquée précédemment.
Article 2. — Etude physique du lingot.
Si l'on examine un lingot d'acier fondu, on constate aisément son xmtupte d'iiojnogéiiéité au point de vue physique.
Va; liiittol a un i.i.Tlai ri numbre tli- iléfaiils : tesuiistitie i
uiiuliKe^
l'otis de naturels se produiiieiit toujours el dépendent du inélal même ou de la coulée; les aulresj.que nouti appellerons accidentels, se produiseiil. si l'on iie prend certaines précautions Indispensables pour les éviler.
Quant à la slriicliire jilnjsiqiic propri-nicnl dilc. elle (nvsenle cerlaifl nés irrégularités dont l'examen apprufondi est de la plus haute împon tance au [wiul de vue du travail ultérieur de transTormatton auquel lini^ot devra être soumis.
Parmi les défauts naturels des iin^ols nous citerons :
— Le vide central, ■A^'pii\énixiisirelaisureofxentanmir de retassftHi'rti^
— Les soufflures, sortes de poches rempliesde gaz. Parmi les défautu accidentels nous citerons :
— Les criques dont il a déjà été question lorsde l'étude de la cou en iingotières.
— Les tapures, sorles de déchirures ou décollements internes.
■ Défauts nalureta.
A. — Vide central, ourelassnre, ouentoimoir de retassement. La retassure est une cavité plus ou moins régulière située à la parJ tic supérieure du lingot. Cette cavité, généralement en forme de poire a sa pointe effilée tournée vers le bas et si: fornu' dans les couditinnl ipie uous allons indiquer.
I") De la forinalioii et de la position de la retassure. — Lorsque I iingoliére est remplie, le métal commence à se r fi-oidir par l'extérieur; toutes les faces du liiiguU sauf celle du dessus, perdent leur chaleur au cuntatil des paroi.s épaisses el relativement froides de I lingoliére, la tranche supérieure se refroidit | rayonnement dans l'air.
La surface extérieure du lingot, la jieau, suivi l'expressioo a<hnise, se solidifie assez rapidemei et, quand elle est devenue suffisamment épaisse<J constitue une enveloppe rigide.
A ce moment, le liquide contenu dans cette enveloppe occupe un certain volume V : il est resté i une température très élevée et supérieure de plusieurs centaines de
iimiODucnaM k t.
TUDR nu thavaii, dk l
ilcen^s à relie de la peau. Pour arriver à IV'tal soliHt*. l'iriK'TiiMir iln lingot iloit siiliir un retrait considi'rable el [irciulre un volume V < V et comme il est contenu <lans une enveloppe peu d^formable, il se formera forci'menl une cavité sensiblement l'ttnle à V — V".
C'est celle cavité qui conslilue la reUtssuye.
Celle appréciation lliéonquc du vide central e^t, en réiilité, peu satisfaisante, car nous ne connaissons pas exactement, d'une pari, les lois que suivent la conductibilité calorifique el la contraction de l'acier en voie de refroidissement et de solidification et noua ne sommes pus fixés rtavantat^e, d'autre part, sur l'importance du dé-faRemenl ;;azeux el la quantité de çaz emprisonnés dans cette cavité centrale, liés les premiers inslants de la solidilicalinii.
Nous donnons toutefois, et polir métlloiri' sriih'iuoilTU's révulliils suivants >;i^nalés par M. le professeur lloti'ti :
'< Stir 7H lingots pour rails, ]>esanl chacun laltU kilo<f. environ, que •• l'on a cassés dans une usine Hesseiner américaine, tous, sauf deux, " présentaient une retassure ou une foule de cavités pressées les unes « contre les autres dont l'enveloppe constituait à [ini|)remenL parler " la relassure,
« Dans trente d'entre eux leur vuliiiiu' mriail tin 300"' à ?? (fl'' ; la ■• miiynine étant de 49Î". »
La zone qui entoure la retassure est coiupiisée de métal plus on moins sonfflen.r (poches i'i gaz ou siniflbires) devenanl ensniie ttinmi/icii.r
et de jilns en jiliis cimipacl, à mesure que l'on s'éloitriie davanla;;e du centre du lingot, jusqu'à ce (jue l'on arrive aux bulles ou souf'llures situées au contact de ta lint;olière.
La partie moyenne seule du lingot présente une structure réellement
iTALUinan dit rsii
rompacLc, plus o
Il (a <]<>■
Lar
'elassure 8e produira dans la partie du lîas;oL restée dernière, c'psl-à-dire celle qui se sera refroidie le moins vil
Dans un line;ol cylindrique, la rctassure est placée plus haut que dans un lina;ot Ironconique dont la grande base est à la partie iiift rieure, car dans le premier, l'acier des couches supérieures r'esle |ili longtemps liquide.
Dans un lînçot couché, dàs le démoulage, sur une de ses uram faces, la retassure se trouve très près de la face oiiposée.
La retassure d'un lin^ol donl la conicité esl dirigée de bas est située très près de la grande base.
Cette position de la retassure varie avec la nature de l'acîer (dur, doux ou spécial), avec la lingotière emploiiée et avec le mode de coulée.
Dans les lin^oliéres métalliques à parois très épaisses, le pie<l et les faces latérales d'un ling^ot coulé à la descente se refroidissent beaucoup plus rapidement que le haut.
Il en résulte que la retassure est généralement située dans la moitié supérieure du lingot, et d'autant plus haut que le métal aura été coulé plus chaud.
Dans la coulée cii source, le jet liquide pénètre par le bas et cette partie du lingot esl entretenue à une température plus élevée que dans la coulée « la descente. Il en résulte que la retassure sera située plus bas. C'est h\, du reste, un des inconvénients de la coulée en source.
Ce phénomène de la retassure n'est pas propre à l'aoicr, il se produit pour toute matière fondue coulée dans un moule relativement froid et qui passe progiressivement de l'état liquide à l'étal solide. On le retrouve, par exemple, en coulant de la mélinite dans les obus.
2") Moyens employés pour localiser la retassure. — Quel que soit le travail subi par la partie du lingot où se trouve la retassure, les traces de celte dernière subsistent. Le forgeage peut l'aplatir mais n'en soude point entre elles les parois généralement oxydées; le métal n'est [mis utilisable. Il n'y a donc qu'une solution : supprimer la partie du lingot qui contient la retassure.
Dès lors, il y a intérêt à éloigner le jibis possible cette retassure du centre, et comme elle se forme dans la zone restée liquide la dernière, on clierclie à reporter cette zone vers le haut du lingot,
A cet effet, on coilTi; le haut de lu lingotière métallique d'un moule
INTRDtlUCnOtl »
rCDE DU TRAVAIL DE L ACIS«
I sable élavé cIoqI li
: dans la plu]
1 métal.
se exlérieu 3 constituée par un châssis rel On dil qu'on coule en masselotle : dans ce cas, celle épaisse garniture de sable conduisant mal la chaleur relarde le refroidisseinenl en celle région du lint^ot. Souvenl, ce moule supplémentaire en Niible est porté au préalable au rouçe avant de ^'assembler sur la lin^otière en fonle lors de la coulée, toujours dans le but ! retarder le refroidissement de l'agicr dans la partie supérieure. La re- ; R s'y forme, et la masselotle U, destinée à être séparée plus lard de i partie saine du lingot, n'est tilili- |!jtée au cours des opérations ullé- • de transformation que pour laïre la queue de griiïas^e et rendre E'^us facile le maniement de la pièce.
Le métal liquide, qui tenait la place F g s*
de la rctassure au moment où on /i- reiinsur — V, tiiass lou — , . , t 1 I- . .1 '-'■ fliut.; .Iii httul — /', parti.' ulili-
arlicvail «le couler le lina;ol, esl «les- ^ji,]^,
eeiiilu pendant le refroidissement en
L Tertu de son poids dans le vide qui leinlail à se former au centre du
HKn;^ot. Ou traduit ce fait en disant que la masselotle uourril le Ihujal.
l Nous croyons que c'est aux usines de Terreiioire (Loire) que le procédé de coulée en masselolïc a élé employé en France pour la première fois vers 1870.
a) Chute du haut. — La chute du haut, c'est-à-dire le méMlsup|)rimé ■\ la partiesupérieure, est variable selon lesexigences des «livers cahiers des charges. Admettons 25 à 30 0,0.
h) Chute du bas. — Le bas du lingot est, en général, la partie la plus siiine, et cependant on est obligé en prali({iie d'en supprîmi:r une portion . Cela lient à l'opèralion du forgeai^e qui étire le liui^ol, refoule son extrémité inférieure, y produit des doublures, des déchirures analo- ^es à celles que donnerail un laminage.
Il est donc nécessaire d'affranchir cette extrémité, bien i|ue le métal lui-même soit sain. Enfin, il faut compter que la partie inférieure con-
■:tient quelques débris entraînés lors «lu premier jet «le coulée, etc..
Le rapport du poids lotal du liiigol an poids de tu [liiVf pr se nomme la mise au mille. C'est le nombre de kiloifraiimics du lii néressaires à la prodnclion de 1000 kilo^r. de mt.'tal utile.
3" Dispositifs spéciaux. — Le professeur Whh'« indique dans sa Mi tnrijie quelques dispositifs spéciaux employi's pour localiser la retassurp, Si l'on plaçait une série de lingotières les unes surles autres séparrcs par des diaphragmes réfraetaires perforés, chaque lingot servirait de maHSclotte au linsfot immédialement inférieur el la retas^iure pourrait Hre concentrée dans le lingot du dessus.
r.pltc disposition paratl recnmmandable pour les séries de lingots à Imiidngps pour roues, cic, on petit l'appliquer aussi pour des lingois ordinaires pyramidaux. A cet effet, on abaisse le lingot aussili^t que sa rroiUe est prise et ou en coule un second sur la lélc du premier, ils s'unissent par le centre et le second nourrit ta retassure du premier. Dans le cas de petits liugols, la couche froide due A l'inlermitleurc de la coulée permet la séparation facile des lingots pourvu qu'on la fasse alors quela partie soudée est encore assez chaude pour n'être pas résistante.
Dans la ilîspn-iiliou lluiillnn I Métallurgie HuMif), on emploie un oli^ssis vertical dans lequel on maintient quatre lingolières placées l'une audessus de l'autre, A l'aide de lames A ressorls. La première lingoliére postai' dans rap|>are)l possède un fond, ini la remplit quand elle occu[>c la partie supérieure de l'appareit. On la recouvre alors d'un diaphragme en amiante perforé, puis on place par dessus une lingotière sans fond; on fnil descendre alors les deux liugo- Ijéres i\ l'ai<le d'un mécanisme approprié, la lingotière vide occupant uiaintenanl la position qu'occupaîl tout d'abord la première.
La deuxième lingotière une fois remplie, ou la recouvre d'un diaphragme d'amiante, on place iiiir troisième lingntière par dessus et ainsi de suite. Après que trois lîn-
INTRODUCTION A l'AtUDI DU TRAVAIL DE l'aCIRH 1 1 7
notlères onl été remplies, l'appareil se trouve dans la siltialjnii indiquée par la figure.
La première lingoiièrc ayanl atleint le fond de l'appareil et la ijuatriènie se trouvant en position pour la eoulée, un piston hydraulique fHncé dans le cylindre de base est alors pousst' contre la première liit- |Dlière pour provoquer ainsi la rupture de son lingot d'avec le lingot ktii van t, comme l'indique la figure. Le second piston opposé au premier ramène la lingotière dans sa position primitive, la coloTine de lin^olîères et de lingots est ensuite poussée de nouveau vers Icbasel ainsi de . Les diaphragmes d'amiante qui séparent les tîuicots rendent plus hcile leur rupture à l'endroit du joint.
B. — Soufflures. — Les soufflures, petites cavités ou poches remplies iSe gaz, occupentgénéralemenlle cœur et une zone assez rapprochée de ]a peau du lingot. Elles proviennent sans aucun doute des gaz interposés dans le métal ; ce dernier, se solidifiantplns ou moins rapidement,
suivant la conductibilité du moule ou de la lingotière, suivant la com-
Kisition chimique, suivant la température de coulée, laisse écliapperces ;az en tout ou en partie.
I" — Répartition des soufflures dans le Ungol. — Dans un linj^oi qui «"est refroidi tranquillement, les soufflures sont réparties sur une zone parallèle aux faces du Bngot et dirigées perpendiculairement à ces Eftces. Elles afTectenl la forme d'une ampoule à [tointe effilée, la pointe tournée vers la face la [dus proche.
Vv métal doux se solidifiant rapidement sera toujours beaucoup plus buUeu.v qu'un acier dur mi, restant beaucoup plus longtemps liquide,
lermet aux gaz de se dégager à l'intérieur : les soufflures du pourlnur du lingot sont d'autant plus rapprochées du centre et d'uutani plus noniinvuses que le métal est plus doux, moins fluide.
Quand la coulée a été trop froide, les soufflures sont en «général disléminéesdans toute la masse Aa. métal. Les lingots coulés Imp chaud irésentent des soufflures dont la pointe traverse la peau même du lingot; Bti outre, coulé trop chaud le métal peut se souleveren bouillnniienienls capables de causer des vides en un point quelconque du lingot. En dé- Snilive, on voit qu'il y a un juste milieu à observer et ce n'est que par
IVxpérieiice (ju on rhHermine la lempéralure normale corresponrhml à une bonne coulée pour Tacier considéré.
Dans les aciers exirn-doiLT^ la zone des soufflures est très rapprorhro
asm^asmm^
Fig. 85.
Fig. 86.
Fig. 87
Fig. 88.
Fig. 89.
du rentre ; il y en a quelquefois deux fort importantes plus ou moins distinctes, Tune près de la peau du linçol, l'autre plus près du centre, surtout quand ces aciers ont été coulés un peu froid.
An point de vue des sou/flHres, il semble qu'une coulée extra-chaude soit à reclierclier; cette remarque a été faite il y a longtemps déjà par la comparaison des aciers de même dureté obtenus au Bessemer et an Martin, le mélnl Bessemer coulé certainement plus chaud que le .second étant ti^énéralement plus compact.
2° — Moyens employés pour atténuer les soufflures ou pour les faire disparailre. — Ainsi qu'il ressort des considérations précédentes il faut couler Tacier à la température normale poursa nuance.
(]<nilé trop froid, le métal se fige immédiatement sur les parois et enferme une partie des gaz qui auraient dû se dégager au dehors en circulant librement dans la masse.
Coulé trop chaud., le métal contient une plus grande quantité de i»;az occlus et la croûte extérieure se forme avant que le centre soil suffisamment refroidi pour abandonner les gaz qui se seraient déii^aic^'^s à la tem[)é rat lire normale.
En admettant que la coulée se soit effectuée dans les meilleures conditions possibles, un acier préparé à la façon ordinaire sera toujours plus ou moins souffleux.
Il existe des moyens de faire disparaître les soufflures d'un lingot,
isTnnoticTioN a L'sTUnB nu thavAil de l'acieti II!)
d'alU^iiiicr considérablemciilleurformalion on lUiîmc ilVTn|n*di('ri\ [icii
[près complètement qu'elles ne se produisent dans le iiny^ot. en cmilant
ice qu'on a appelé un acier sans soufflures.
I Ainsi, un acior ayant t-té élaboré k la fai;nn nniinaire dans un appa- Wil producteur quelconque, on peut par des moyens mécaniques em-
I ployt-s dès la coulée sur le métal encore liquide atténuer considérable-
iinenl I» formation des soufflures (compression de l'acier liquide, etc.).
I On peut aussi se proposer d'élaborer un acier qui, une fois coulé,
[donne un lingot ou une pièce non souffleuse; c'est ce qu'on a déjà nommé un acier coulé sans soufflures. Il faut alors faire usage de réactifs spéciaux dont il a été ({iieslion dans la première partie de ce Traité. (ferro-siUciumt ferro-ijuinganése-silicium, etc.).
Dans ce cas, l'acier non bulleux peut ne pas élre coulé en lingots mais dans des moules donnant, commeavecla fonte, l'objet sons forme £nie n'ayant pas besoin d'être façonné A cbaud.
C'est pour cela qu'en prali(|iieies expressions «aciers à moulaijes n ou ft aciers coules sans soufflures s sont synonymes.
Cependant, le moyen le plus généralement employé est de soumettre ■u forgeage le lingot qui est forcément souflleux lorsque l'acier dont il Bvté constitué n'a pas été Iridié parles réactifs aii.vtpiels ou a fait allusion plus baul.
Au cours de cette o[>ération effectuée à haute lempéralure, on pétrit le métal en aplatissant les soufflures dont les parois internes, non oxydées, puisqu'elles contiennent surtout, comme nous le verrons, Il et A;-, peuvent se souder entre elles et faire disparaître la solution de continuité. On admet alors qu'après une réduction suffisante delà section primitive dri lingot les soufflures ont été suffisamment aplalies ; cette réduction de section s'appelle le corroyage.
Nous ne craignons pas de répéter que, quoiqu'il soit possible d'obtenir lies aciers à peu près exempts de soufllurespar les procédés cbimi- <ques, l'industrie a toujours recours au forgeage des lingots pour les pièces devant résistera de grands efforls dynamiques, car le forgeagi' fait bien dispuraitce les soufflures, mais améliore aussi très mtlalilcvtent les qualités intrinsèques du métal.
L'histoire des aciers coulés sans souffl r s s ra fa t dans un arlicle spécial â la fin du présent chapitre ous ^ et d ero is les procédés mécaniques et chimiques employés pu r el n n r I s soufflures dans Cacier encore liquide, soil qu'un ira t nt n a jue approprié ait été
120 uéTALLURQIB DU FER
appliqué au métal avant sa solidification dans la lingolière, soit qu'on ait employé un réactif dans l'appareil d'élaboration lui-même. Le procédé d'élimination des soufflures par le forgeage fait partie intés^rante du travail même de l'acier et sera traité au litre suivant.
