II. — Défauts accidentel

Les défauts accidentels des lingots sont les criquet et les tapures.

Nous savons que les criques sont des déchirures longitudinales ou transversales, celles-ci moins graves que les premières : elles proviennent d'ordinaire des difficultés do retrait qu'éprouve l'acier pendant sa solidification.

Nous ne reviendrons pas sur ce que nous avons dit précédemment sur ce sujet à propos de l'examen critique que nous avons fait des sections des lingotières.

A. — Définition des lapures. — On nomme tapures des déchirures internes qui peuvent prendre naissance dans les conditions que nous allons indiquer. Ce défaut est d'autant plus grave que le plus souvent il ne donne à l'extérieur aucun indice de sa présence. Il peut compromettre complètement la solidité de la pièce, soit au moment où il se produit si la déchirure est de grande étendue, soit plus tard si son étendue est faible.

Une tapure constitue, en eff^et, dans le métal, une solution de continuité qui peut s'agrandir sous de très faibles efl^orts : un changement de température à l'air libre suffit pour cela, et on a vu des exemples nombreux d'obus ou de plaques de blindages se brisant spontanément en magasin sans autre cause apparente. Ces pièces ont été toujours soumises à des traitements métallurgiques spéciaux qui ont souvent placé l'acier dur dont elles sont constituées dans un état d'équilibre assez instable pour qu'il puisse être rompu à la suite d'un mouvement moléculaire à peine appréciable.

Les iapuves sont des défauts très graves, provoquant le rebut des lingots ; elles sont dues, en général, à un chauffage ou à un refroidissement Irop rapide de la pièce considérée.

B. — Tapures par réchauffage. — On conçoit que si un lingot froid est placé dans un four très chaud, les couches extérieures arrivent rapidement au rouge et se dilatent considérablement avant

({lie riiitérieur ne soit assez chaud pour avoir changé de volume d'unifaçon sensible. Il en résulte une tendance à la séparation des couches extérieures qui se produit fatalement dès que l'allong'eutent limite du métal à la température considérée est dépassé.

On verra, du reste, que l'acier présente entre 20U et 30O" un maximum de fragilité. Si les couches externes exercent sur les points arrivés à cette température une tension supérieure à celle qu'ils peuvent supporter, le mêlai se brise. Le décollement qui donne lieu à une tapure se produit brusquement, il est accompag'né d'un bruit qui, dans les gros lingots, est assez violent. Les lapures par réchauffage se produisent, de préférence, dans le haut du lingot où le mêlai étant Fi| le plus carburé présente le moins d'allongement. Elles affectent ordinairement dans un lingot carré la forn par la figure ci-dessus.

indiqué»

— Tapures par refroidissement. — Pendant le refroidissement rapide d'un lingot les couches externes refroidies les premières chercheni à prendre leur reirail, mais en sont partiellement empêchées par le centre du lingot encore à une température élevée. Ces couches sont donc eu leusion et si l'ctfort est suffisant, lorsqu'elles arrivent au point critique, entre 200 et 300", elles cèdent et se brisent comme l'indique la figure ci-contre, le plus souvent suivant les plans diagonaux qui constituent des plans de faiblesse ainsi qu'on le verra plus loin.

Enfin un phénomène spécial qui a reçu le nom de recalescciicc peut encore accentuer la pression des couches internes sur les couches superficielles. D'une manière générale, la recalescence correspond à un dégagement de chaleur qui s'effectue vers le rouge sombre à la suile de transformations d'ordre chimique dont il sera plus Lard très longiiemenl question.

D'après ce que nous avons dit; les aciers durs, soit par le ciirlwne, 8oil par le silicium, qui offrent moins d'allongement (pie les aciers doux, seront plus sujets aux tapures et nécessiteront de plus grandes précautions.

METALLURGIE DU PER

Les tapures peuvent aussi se produire à la trempe.

Elles sont encore dues, dans ce cas, à un étal d'équilibre moléculaire plus ou moins instable établi à la suite du refroidissement brusque des couches externes.

D. — Recherche des tapures. — 11 est parfois possible de reconnaître si un lingot contient une tapure au son que rend le métal frappé an marteau. Dans les parties saines^ le choc du marteau donne un son clair et prolongé ; le son est au contraire bref et sourd aux environs de la tapure. Ce n'est que par de minutieuses précautions pendant les opérations de chauffage et de refroidissement qu'on peut préserver les lingots des tapures.

Nous signalerons seulement, et pour mémoire, l'appareil inventé par

Ms

Fig. 92.

P, pièce (le mêlai à vûrilîcr. — Z>, défaut à constater. — Mf^ marteau frappeur. — J/c, microphone. — Mi. mur de séparation. — Pi^ pile. — Bf, bobine fixe. — Bm, bobine mobile. — T, téléphone. — lig, règle graduée. — La, local d'audition. — Lu, local de vérification.

le capitaine de Place pour la recherche des cavités intérieures des pièces métalliques et appelé Schiséophone,

La figure schématique ci-dessus fait comprendre le fonctionnement de l'appareil.

Le schiséophone comprend un microphone, un marteau frappeur, une pile sèche, une rèfjle parlant dewv bobines, deux téléphones et une boîte renfermant le tout.

Un frappeur animé d'un mouvement alternatif de va-et-vient et traversant un microphone percute le bloc ou lingot à vérifier. La résonance obtenue est en raison du plein ou du vide et de l'intégrité du métal

INTRODUCTION A l'bTUDE DU TRAVAIL DK l'ACIER 123

frappé par le marteau-frappeur. Le microphone spécial a ses charbons mis eu vibration suivant l'intensité de la résonance. Le courant qui est fourni par la pile varie proportionnellement aux résistances créées par les défauts de contact dus aux vibrations des charbons. Comme ce courant traverse la bobine inductrice, la bobine induite est induite proportionnellement à ces variations de courant: il en est de même pour le téléphone intercalé dans son circuiL

Si donc on éloîçne la bobine mobile induite sur la règ-le t^raduée, on finit par n'entendre presque plus rien dans le téléphone. On arrête alors la bobine induite et quand le marteau-frappeur percute sur une soufflure, une tapure, un vide, la résonance venant à changer, le son change dans le téléphone. (Extrait du rapport de M. Cléraull de la commission des méthodes d'essai).

IlL — Structure physique

A. — Notions générales. — C'est à Tchenioif\ alors qu'il était directeur-conseil de l'usine d'acier fondu d'Aboueho/f (jtrès Sainl-Pélersbourg) que l'on doit les premières recherches scientifiques ayant pour objet de définir la structure physique des lingots d*acier.

Plus tard, des recherches du même ordre ont été faites par d'autres expérimentateurs, une science nouvelle dont la voie est à peine tracée a été créée ; c'est la métal lographie microscopique. Sans anticiper sur les quelques notions générales que nous donnerons plus tard sur la question, nous pouvons dire que le but de cette science est de découvrir non seulement les lois qui régissent la constitution physique des aciers mais encore celles suivant lesquelles se répartissent, d'après les traitements auxquels on les soumet, les divers constituants cpii les différencient.

Tandis que pour exposer les bases de la métallographie, il inq)orl(» d'avoir été fixé au préalable sur les méthodes de travail des aciers, l'exposé des travaux de Tclier no ff' conslilnera, au contraire, comme une sorte d'étude préliminaire fort utile pour se rendre compte des moyens métallurgiques employés pour modifier la structure physi(|ue de ces métaux.

D'une manière générale, en examinant de près la cassure d'un lingot d'acier on remarque souvent, en allant de la surface au centre, d'abord une couche prismatique se composant d'un assemblage de prismes

M^ALLUnSÎE DU rBB

irr^lfuliers cl perpendiculaires à la surface exiérieure du lingot. liaisDu entre ces prismes n'est pas grande, de sorte que les lingots présenlant une pareille structure se cassent avec grande facilité cl la cassure de la couche aiguillée se fait le long des surfaces de contact de ces prismes. J

La couche prismatique plus ou moins importante est suivie d'unfl couche (jrav}{lée plus ou moins développée, c'esl-à-dire d'un assemblage de grains irrégulièrement polygonaux.

Ensuite la couche granulée est suivie d'une épaisseur de raélal compact ayant une cassure beaucoup plus luisante que celle i régions précédenles du lingot.

Enfin on passe à une zone où la {'riabititc rroH jusqu'à l'axe du lingi 011 l'on rencontre la relassuri'.

B. — Genèse de la cristallisation. — La solidification du uiélal b rapidement lieu au contact de la lingolière el lentement vers le ccntn du lingot.

)u — Formation du cristal. — En observant les parois de la relassuK on remarque qu'elles sont garnies de petites aiçuilles qui forment n

Pig. 93. — Parois lio I

groupe de cristaux d'acier enchevêtrés les uns dans les autres. Un amas

INTRODUCnOX A L'tTVW DD TBATAIL DB l'A'

ttrist

;r-oupes de cristaux dans le vide ceiilral re|irésenlf une masse poreuse dans laquelle on rencontre des vides assez grands. L'obsenalion au microscope montre que ces groupements sont formés de cristaux de croissance développés suivant la direclioii d'axes ociiuiiriqiteB, l'un de ces axes correspondant à la plus grande longueur du tristal et surpassant toujours les deux autres, de sorte que chaque cristal de croissance aiïecte la forme allongée.

Outre ces axes de premier ordre, et à mesure qu'on s'éloigne du sommet du cristal vers sa base, on rencontre des axes de second, de W^reisième ordre, etc., etc.. d'abord à peine formés, ensuite de plus en ■plus développés, qui forment pour ainsi dire les chevrons articulaires B'du cristal odaédrique. La tigure 91 représente un pareil cristal. H La longueur des cristaux suivant la plus grande dimension varie ^toitre 3 et 5 mm., leur épaisseur est au maximum de Imm. 5.

De nombreuses observations sur la structure des parois de la retassure démontrent que plus l'acier est dur, c'est-à-flire plus il contieut de carbone, mieux sont formés les cristaux de croissance. ■ L'agrandissement des cristaux n'est pas striclemenl régulier, quel- W quefois l'agrandissement d'un côté surpasse celui de l'autre, les axes du second ordre se développent plus vite que quelques axes du premier ordre et prennent à ces derniers leur matière : il en résulte que les axes se rencontrent, se croisent el renferment entre eux un espace rempli (f acier liquide.

Quant à la composition chimique des cristaux, l'expérience montre ^quelle est toujours celle de la région du lingot dans laquelle ils se Hé- Iveloppent; U n'y a. à cet égard, rien de spécial à signaler.

2* — Relations des fristaiLr tes uns avec tes autres. — Examinons

Fig, 9â. f'8- 'S.

d'abord les relations existant entre les directions des axes des cris-

I2fi

METALLCnOIE DV FER

« axes. — D'abord,

(I) — ['cyliirliitlinii lies rtj:ps. — D'abord, les cristaux de rniis^aiu n'ofcupeul pas entre eux des positions parallèles ; leurs axes principaai se croiseul suivant des directions diverses, comme riiidi'juciil les ii^tm ci-dessus,

Quelquefois ces cristaux ont crrt ensemble, ils ressemblent alurs I {les cristaux Iiémitropes. On voil repii^senlés ci-tiensous el agrandis Itl fuis deux rrislaiix d'ariei- dont l'ini est liL^iiiitrupe. Ces cristaux onté'

Fig. 07.

|)ris dans lit cavité d'un IJnirot d'acier de 23(1 kilos. Duns le cnslal hémitrupe de gauche, au lieu de se croiser sous un ani^le quelconque, les axes de deux cristaux voisins se sont dévelopj>és parallèlement.

Mais l'absence du parallélisme des axes ou, comme on dit, ce pbénomène de la > iierhirbalion des «.r^s », qui est le cas GTénèral, peut s'expliquer par deux causes agissant simultanément :

Eu premier lieu, la lenteur du refroidissement s'accomplissanl des parois vers le centre favorise la formation d'un i^rand nombre de centres de cristallisaliun avec les directions d'axes les plus diverses, le métal n'étant eu aucun point dans tes mêmes conditions de température. On sait, en effet, combien parait complexe la loi de refroidissement et combien incertaines sont les données que nous possédons à cet éçard.

En second lien, le centre du lingot restant lont^temps dans un étal apparent d'accalmie contribue lui-môme à la perturbation des axes, et cela d'autant plus facilement, que le métal se retassant et s'alfaissant donne lieu à un mouvenieril général qui, quoique très lent, suffit ce-

INTRODUCTIOn k L'ÉrOBI DD THAVAU. BB L'aRIKH

l'cmiaiil [luiir l'iiirc dévier k's axes île» cristaux à l'élal iiaissanl.

h> — lifl(itii)iis(les cristaux déjà formés avec te melalencore liquide. I.i- rnOla! Ii<niiili.' oonlrîbtic saim cesse à fournir la matière des foriiiiilioiis iTislnHirics qui rentoureul ; luais, cuiaiuu en iniîiue temps s'opère la coiitracliou du volume du métal, il reste dans rliaque espace lui petit vide plus on mois important ({ue l'on a appelé retrait local on p» ni entier.

il est évident <pie le mani|ue de matière pour dévelojipemeiit rég'iilier des cristau.v ne peut pas être Lien vile suppléé, si le métal cnlonranl devient épais et perd sa mobilité, ce qui a lieu pour le ilurcissfment des parties extérieures du lingot.

VoiU pourtiuoi l'on rencontre un métal de plus en jilus poreux en arrivant au cenire du lingot. La friabilité des parties centrales n'est donc autre chose ipie l'accumulation des retraits locaux plus ou moins (grands.

(') — Couches extérieures des lingots. — Comme les parois de toutes les cavités cl de la partie poreuse qui enlouiv lu retnssnre sont formées de cristaux de croissance plus ou moins développés, on en conclut que la solidification de l'acier ne se fait pas par l'épaississemenl constant des couches parallèles mais par l'augmentation des cristaux de croissance, à j)arlir des parois refroidissantes de la lingotiére.

Les axes principaux de ces cristaux sont perpendiculaires à la surface refroidissante de la lingotiére. ainsi qu'on peut le voir sur les figures ci-dessus représentant, fort agrandis du reste, des groupes de cristaux accolés de la couche prismatique. La structure radiale de la cassure de W couche extérieure du lingot déraonlre ce fait d'une manière évidente, qnaud l'acier est coulé assez rhaud dans une lingoliére métallique pour qu'il ne se forme pas de soufllures extérieures ou seulement en très petit nombre.

Si l'on considère un lingot à section circulaire el dont le diamètre soit très faible, les rayons parviennent à atteindre le centre du liniîol ; si la section est carrée, on aparçoit ilans la cassure transversale nu à diagonales bien marquées sur lesqnelles se rencontrent les

12S HÉTALLineiB DU FBH

sommets des cristaux [lerijendinilaires a la surface exU^rieure du lio) Le Ion; de ces diagonales soiil disposés ce qu'on appelle l

de faiblesse si bien connus dans les coulées de fonte Irempée.

Or. plus les cristaux en croissant sont serrés et plus le développement

de leurs axes est rapide, plus l'arrivée du métal encore liquide est difficile pour remplir les vides, mi*me lorsque ce mêlai voisin est encorr bien chaud. C'est dans de pareilles circonstances que se trouvent les couches extérieures d'un lim^ul roulé en linçotière méta!liquc et c'est ce qui explique la formation de la couche prismatique du linçol et lu cohésion assez faible des prismes. Les vides locaux se distribuent, en ce cas, de préférence entre les plans de contact des cristaux prismatiques se développant normalement à la surface refroidissante,

La granulation qui suit la couche extérieure prismatique s'explique

Fig. 103.

Fig. iu.

bien par les effets dus à la solidification du métal. La liaison primitive entre les surfaces de contact des crains pol\*a;onaux formés dès les premiers instants du refroidissement se rompra sous l'effet du retrait el l'on verra dans la cassure des çraîns séparés.

'.i" — Cristaux des soufflures. — En observant le vide des soufflures, on remarque ordinairement que la partie inférieure esta contour hémi-

INTHOnaCTtON A L**?!!» DU

TRAVAIL DB L ACIBH

ique poli el que Ifs parois lad^rales, .surloiilAlH parlir siipéiieure, ~ sont G;ariiies de petits crislaiix ilendritiques k ronlours les plus divers.

En comparant avec attention ces deiidrites avec tes cristaux de croissance de la retassure. on s'aperçoit qu'ils se ressemblent pour la plupart H que les dendrites des soufflures déiivent des cristaux de croissance que les bulles de ^z rencontrent lorsque l'acier, déjà fort pâteux, s'oppose au passage facile de ces bulles.

Ces gaz produisent en se dé^geant une rotation et

une séparation des cristaux qui nagent dans l'acier liquide et comme ces cristaux ayant presque la même température que lui sont encore très délicats, ils Ne courbent en partie, sont rongés aisi^ment par le mt^tal en fusion et s'accrochent l'un contre l'autre formant des dendrites de formes fort capricieuses dont il est souvent bien difficile de reconnaître la ressemblance avec des cristaux de croissance.

Il résulte de là que, pour annihiler les cristaux de croissance déjà formés, c'est-à-dire pour les dissoudre complètement dan.s l'acier liquide il suffira de produire un faible mouvement de la bulle de gaz et son passage entre les cristaux de croissance aidera à les ronger.

Tchernoff indique ensuite le principe du procédéqu'il propose pour améliorer la structure physique des lingots. Nous allons en dire quel-

<;. — Moyen proposé par Tchernoff pour améliorer In striiclurc. — IVaprcs Tchernoff, il est possible d'annihiler la structure prismatique des couches extérieures des lingots d'acier coulés dans une lingotière ainsi que les retraits locaux ou la porosité des parties centrales des lingots d'acier.

Pour cela, Tchernoff conseille d'imprimer pendant la coulée un mouvement de rotation rapide à la lingotière; d'après lui, les cristaux d'accroissement normaux à ses parois ne pourront pas croître aussi vite ■que dans le cas de leur croissance tranquille et par conséquent la soli-

\ 30 MéTALLURGIE DU FER

rlificalion de l'acier se fera par couches unies et amorphes. La rotation devra continuer jusqu'à ce que le centre du lingot soit solidifié à son tour.

La vitesse de rotation devra être aussi grande que possible à l'origine et comme le métal liquide commencera à tourner peu à peu il faudra communiquer à la lingotière au bout d'un certain temps une rotation en sens inverse.

Le professeur Howe cite à Tappui un cas d'application de la méthode couronné de succès pour couler des roues motrices de locomotives, la vitesse de rotation ayant atteint jusqu'à 50 tours par miimle pour décroître graduellement ensuite.

On a aussi proposé, dans le même ordre d'idées, de frapper rapidomenl à coups de marteau les faces de la lingotière et de provoquer ainsi dans le métal des vibrations qui contrarieront la cristallisation.

L'expérience n'a pas sanctionné ces diverses méthodes d'agitation du métal pendant le passîige à l'état solide. On a bien reconnu, il est vrai, une diminution des soufflures et même de la retassure, ainsi qu'une formation cristalline plus régulière, sans interposition de vides aussi nombreux que dans un refroidissement tranquille; mais le résultat obtenu, appréciable sans doute, n'est pas en rapport avec la complication que réclame Toutillage nécessaire pour une pareille installation et les frais de main-d'œuvre supplémentaires.

AUTICLK 3. LES ACIERS COl'LÉS SANS SOUFFLURES.

Couler l'acier sons forme de moulage comme le bronze et la fonte et dans un grand état de compacité, traiter le lingot de telle sorte que les soufflures ne puissent pas se former ou qu'une fois formées on puisse les éliminer presque complètement, sont des objectifs poursuivis avec opiniîUreté depuis de nombreuses années par les Ingénieurs sidérurgistes de tous les pays.

11 y a deux classes de procédés employés pour réaliser des aciers (lits sans soufflures.

l Ils consistent à arrêter par des réactions spéciales ] la formation des gaz dans l'acier fondu de façon à oly-

1° LES PROCÉDKS (,.,,. ^ , ,, . ,

CHIMIQUES ] tenir les objets en coininande sous forme de moulages,

sans avoir recours aux moyens mécaniques.

ÎNTBOnUCTION A L* ÉTUDE DU TRAVAIL DE l'aCIER 131

I I (a) Le linçot brut de forme simple el

souffleux est soumis auforgeage : lamiuae^e ou pilonnage.

Cest le fond du travail de V acier dont V élude sera délai liée el Irailée au litre

5 I Ces procédés s'aps I pliquent au lin$^ot

r. I c'esl-à-dire sans qu'on 1 «i/m./ïm/ .3 \ ait rlencllan£^éalamé-

thode d'élaboration ou (^^ ^'ader, encore liquide dans sa lingode fusion de l'acier. J tière dès la coulée, y est soumis à une forte

compression (procédé Whilworth).

Nous étudierons ce procédé dans le présent article.