II. — Résultais (T expérience

Tout d'abord représentons par la lettre a toutes les perturbations qui Ht* njt(;ir|ieril iiu phénomène de la trempe et par conséquent au point a que Tritéfruo/I a défini en disant : « quand la température ne s'élève pan aii^dcHHHH de a, r acier ne prend pas la trempe. »

l/expérienre dénionlre qu'en réalité le point a n'est pas toujours sifufiU* : il (MMJl exister divers points critiques voisins corTesjH>ndan( soit aux transfrirmalioris du carbone, soit à celles du fer. On constate qu<* le point a est tri[>le pour les fers et les aciers exlra-ioux, double pour l<'s arirrs rni-dtirs, sinqile pour les aciers durs.

l)v [dus, pour rliacun de ces aciers, le dèjjag'emcnt de chaleur qui pendant h* n*froidiss«*ni(*nl correspond à l'un des points critiques n'est (KiM <'\artenirnl â la nièuif tenipèralure que Tabsorption de chaleur rorn'sporidanl au même point critique pendant le chauffage.

M. ihinond î* a()pelé :

//,,, //,i, ^/,;„ les points rriliques du refroidissement. ^^lI> ^^«; ^^-a» — chauffage.

TRAVAIL DR L ACIRR

Les points critiques sont d'autant plus nettement sc^parés que la teneur en carbone est plus faible : à mesure qu'on arrive aux acieis durs ils se rapprochent et finissent par se confondre (voir an titre IV les courbes de refroid^).

Les perturbations observées pendant le refroidissement lent ou le chaufTaig^e ne sont pas instantanées, elles s'étendent sur une certaine zone de température vers le milieu de laquelle on remarque généralement un maximum. C'est ce point maximum que pour simplifier nous désignerons dans le tableau qui suit.

Les symboles af^^^ «cai p etc.. signifient que les températures (1^, «ri, ou bien 0^3, flcii ûci> se sont confondues.

Acier extra-doux « .

ara = 822« aca = 900^

rtri — 730-»

oci = 725«

a ^ = 6r)8<> ac, = 690^

Acier mi dur . . .

«rai = 695^

an = «01^ a,ai, = 705«

Acier dur • . . .

«rai, = ^>7i« (rcaii - 7050

11 paraît hors de doute que le point «i est dû à la transformation du carbone de trempe en carbone de recuit; reste à savoir si les deux points «a ^l ^ii distincts dans les métaux les moins carbures, correspondent à deux modifications moléculaires également distinctes ou î\ deux périodes d'une modification unique du fer. 11 ne paraft pas encore possible de résoudre cette question à l'aide des expériences relatées dans le mémoire que nous analysons.

C'est pourquoi M. Osmond, ainsi que nous l'avons dit plus haut, n'admet, provisoirement au 7noins et jusqu^ù preuve du contraire, ([uc deux états allotropiques du fer, « et (3, le passage de Tun a\ l'autre pouvant être brusque et total, ou bien progressif et discontinu selon la composition chimique du métal.

L'étude de l'influence de la vitesse du refroidissement sur la position <les points critiques conduit à la théorie de la trempe.

«ttiLUfiMin: m* fIH

- Jhé^jfie alhlropique de hi trempe.

A. — Cames de la trempe. — I-*^ plw^nonièncs cliimiqut's et les Iran<formalion» (limorphîr[ues exigent toujours un certain temps pour s'arromplir, n'arquièrent une vitesse notable qu'à une rerlaîne di^tanre^ point HVqiiilibrpel ne snnl ^(^néralemenl possibles que danfi i-erlaîafl limiles fie température. ^

Si donc oti h4le te refroidi ssement de l'aner, les IransFormalinnii qui M- produisaient pendant le refroidifisemenl lent ne s'aeeomplirnnl plu*! intégralement.

ï,e soufre, parexemple, refroidi rapidement à partir d'une ten][M'raliire eonvenaWe, prend l'état de soufre mnu, et ronsene.du moins pendant quelque temps à la température ordinaire, la Tonne qui est en équtlibn' stable au-dessus de 21ill*.

()n appellera acier Irempe'un acier oi'i le fer et In carbone auront conservé plus ou moins complètement à froid l'état qu'ils p<>ssédaienl iui\ températures élevées ; la chaleur des transformations non effectuées restant disponible dans le métal. Cette chaleur a été désitcnée sous le nom de « chaleur latente de trempe. »

L'existence de celle chaleur latente de trempe est mise en évidence dans la méthode expérimentale décrite plus haut par l'arrêt reiftiivemriil lonç de l'appareil de mesure des températures pendant les transformulions ; elle est aussi démontrée par des essais calorimétriques, elle peut l'être par le détragement de chaleur qui se produit pendant le réchaufl'ai[e de l'acier trompé.

Ponripi'une portion notable du fer conserve l'état^ dans l'acier doux, il faut une vitesse de refroidissement très rapide qu'on peut seulement obtenir avec des mélanges réfrigérants.

Si, au ciuitraire, la Icneur en carbone s'élève, comme le carlKiiie donne de la stabilité au fer p et qu'il est facile, par une trempe moins éuerifique. de conserver du carbone de trempe, il est également fa* de maintenir du fer à l'état /3, à la faveur de ce carbone de t rempr.

lï. — Esl-ce à ta présence du fer ^ ou à celle du carbone de trempe

qu'il faut attribuer les propriétés ciiraclérisliques d-es aciers trempés?

i ici une dpe questions les plus conlrover^ées de la

f TRAVAIL ne l'acier 2T9

'■ riii'i|;ie iimdeiiii' ; nous ne saurions donner par suilc ilc solulion tléfiiiîlive à ce problème. Il nous suf6ra d'exposer par ordre les motifs all^ çtiés en faveur de telle ou telle tln^orit', el cela en leinps opportun.

Pour le momenl, acceptons les conclusions rie M, Osmititil.

M. Osmoiid rcclierclie quelle part est atlribuable au fer et quelle part au carbone dans les prupriélés nouvelles que la trempe communique ii l'acier. Ilclioisil piiur cela l'acier mi-dur où, pendant le refroidissement lenl, la perturbation «,31 ^"^ ^ 1^ modiHcalion du fer se distingue encore nettement de la perturbation Or, produite par la combinaison du carbone.

Trois barreaux de la nuance d'acier indiquée sont clioisis et chaufl'i'a ■i une température suffisante pour ipte tous les phénomènes inverses de ceux que nous avons (étudiés soient accomplis; trempons-les successivement comme il est dit ci-après :

1°) Avant ^nij, cVsl-à-dire avani le coniinenceineFil de la moditication du fer,

2°) Après le maximum de (1,3 1 et avant le début di; «h, c'esl-A-dire dans la période oi'i, la transformation du fer étant très avancée, celle <ln carbone n'est pas encore commencée.

3") Immédiatement après «^i, c'est-ànlire quand toutes les transformations sont effectuées.

On essaye les barreaux ainsi préparés à la lime pour ju^cr de leur dureté et, à la Ifiurlic par l'acide azotique, jinur vérifier i'élal du carbone.

On trouve que ;

1° La trempeavant a^ fournit l'acier ti'empé normal, dur à la lime, avec son carbone à l'état de carbone de trempe.

2°) Après la 2" trempe, entre tlf^i et «,.( le carbone est encore à l'état de carbone de trempe, mais le métal est doux à la lime,

S^j Lorsque la trempe n'a été faite qu'après «,, le métal est doux à plus forte raison, et le carbone est à l'état de carbone de recuit.

M, Osmoiid conclut (1):

C'est donc essentiel teineiit la persistance du ferfiqui donne à l'iicier • Irempé ses propriétés car aeiérisliques. »

Pour résumer ce qui précède appelons /,, /j, /^ les tempéi'atnres eux-

MKTAI-t.rtMIIÎ »

(luclles sûiil (losceiKiiis les .'t liarreaux an iiiomeiil où on les irnn))» rlin^mminc cl le lablpaii suivants fixi'rnnt les n^sullats :

i" hnrrean. .

Ipmp'"'- /.,

fer ;3. carbone di; Ireinpe

dur a

.1 lime

2' liarreuii. .

lenip" (j

fer a. id.

doiis

id.

3'^ burreau . .

leinp''''*,

Ter B. carbure de fer.

doux

id.

Quant à l'influence du carboue.eilv esl indireclo cl de nit^me natal ((ue cdk' de la vilesse du refroidissement. Lavilesse de refroidissem seule ne suffil ^:éin;ralfment pas pour empêcher dans les fers et acta doux le retour du fer k l'étal «; le carbone seul n'est pas suffisant » plus, à moins qu'il n'y figure en forle lencur.

" Ces/ en njouianl l'action d'une teneur convenable en carbone i <• celle d'un refroidissement brusque que l'on obtient la trempe t V aciers, le rcl'roidissenient brusque retarde la modification du fer i » empêche le changement d'état du carbone; If carbone de trempe, i a xon tour, empêche lu modification du fer, »

Pour un même acier, i'énersfip de la Irempe variera avec la vite! du refroidissement et avec la température du métal an moment de l'ûM iiiersion. El, en effel, si d'une part on fait varier le temps pendad leipiei les conditions de température permeltenl la transformation < carbone de trempe en carbone de recuit, on fera ainsi varier la prtj portion de carbone qui échappe A cette transformalion et par ituîte I proportion de fer qui parde la forme (3. La température du métal l tnoment de l'immersion pourra être telle, d'autre part, quela modification du fer au moment où l'on Irempe le barreau aura [lu être commencée. Dans ce cas, l'énergie de la trempe ne sera pas maximum.

Nota. — La théorie de la trempe ainsi exposée par M. l)smond »'«$ [tas différente dans ses grande-s lignes de relie qui a été donnée ( la théorie cellulaire, mais elle précise davanla<;e les phénomène)) j paraît en tous ras délivrée <le toute hypothèse, quelle que soil la natuj e.vairte, encore incnmphHemenl définie du carbone de Irempe.

C. — CDinmunt les trempes négatives se n'Uenl-elles aux Uriniics positives (i)? Eti fait, loulea les coiisidéraliuiis qui préct^ctent otil (rait aux trempes diles positives, c'esl-à-dire A celles qui diircisseiil l'acier, augmenlenlE.R, etc.. Nous savons d'autre part, ce qu'il faut eiilcnilnpar trempes négatives; relions celles-ci aux prcrédcriles cl fi^'innris-i'îi les effets par un diagramme unique.

Soit un acier déterminé, pris A iOOU' par exemple, et sous l'orme d'un barreau de dimensions assez faibles pour que les différences de température entre l'intérieur et la surface puissent être négligées pendant un refroidissement de vitesse (|uelconque. On suppose qu'il ait la meilleure texture possible et on lui fera prendre successivement toutes les vitesses de refroidissement pratiquement réalisées, depuis la plus grande jusqu'à la plus petite.

Eu tant que la ti'empe augmente lesproporlions de carbone de trempe cl de fer|3 qui subsisteront dans l'acier refroidi, R diminue rapidement d'abord, puis de plus eu plus lentement avec la vitesse du refroispment; A "/o ^'^ contraire suit une loi inverse,

En tant, d'autre part, que la trempe s'oppjs- à la formation d'un grain plus grossier, la durée du refroidissement n'a pas d'iniluence notable sur la résistance; mais elle diminue progressivement A ^ „.

Si donc, composant les deux phénomènes, on prend pour abcisses le temps que met iatcmpératureàdescendre d'une quantité fixe(soit de 700" à )iOO" par exemple) cl pour ordonnées R et A*" \, correspondant à chaque vitesse de refroidissement, on obtient 2 courbes figurées l^rossi ère ment ci-après.

La durée de refroidissement OM, qui correspond à rallongciniTil maximum, sépare les trempes positives des trempes négatives.

Si donc on obtient, par une trempe appropriée, une vitesse de refroidissement qui soit à la fois assez faible pour ne pas gêner notablement les transformations physico-chimiques du fer et dd carbone, et assez grande pour entraver les arrangements cristallins, l'acier ainsi Irempé ne sera guère plus résistant que le même acier refroidi très lentement et aura un allongement supérieur.

Si on élève la température initiale, l'acier restera plus longtemps dans la zone dangereuse où les arrangements cristallins sont possibles : la courbe des allongements s'abaissera tout entière vers l'axe des temps

(I) Exlraitdu ni.iiiioire sur li>s n .Voiicrn'i.r I'i-opM^> rlUn-m/.e. Iismnii'l •■.

-•l ' f#r«^ -f*ft ,ii»a nir aii^ f» v^t* -oiififtu^rp-. ' «iriiifiiw^ MÎT tu

f-^mv >^ .''T-* ''în r*tV'>'«li*»»^Tnt*nr «larw îin biii*r traoer. »>a «aorait

ît-^f^.'^riî ^--i ^' y-»\^\* l^^-i qii.i-f^M m h'^nitf ii^ iii m*ècal. Et nîcipn>|iifrr»^r»f, f^/*r ^r/'»rrir /"i^r^^iin*»^ <pi;%lij>^ ai«ratniipi«» imp^ifèi». onT<?rrail stu^<\'*f\\A*'^Us'U\ (\M^\^ '^n^x^ pi^ivi^nt ft^aplir Uçî§ o>oiiilj«>i» voulaets et t\y^^\\f /^t^^^* 4^ r^iro:*^Ju-*'*:ment îlcon^imt dekar donner.

J;. i)tt,d*fuf^ m/fi% %Hf la ih-^orie d»A rerenu, — Xoas admettoas t\ffUf tyr- h» Uffftfr' rn^infi^nt k frr à Tiçlal 3 et le carbone à l'état de

t/^mi^'tU'W*' tfioftU*' t^tu' If, revenu aprè^ trempe permet au carbone /!*• rt'jtrt'fuht' h» tortiif fie c;irlK^ric de recuit et au fer de passer à Tétat a. Or, I*' r/'«iMlii iHol/' (lîir lu méthode Weyl, s'il est chimiquement idenfiqiM' M relui qu'on extniit du rriArne arier refroidi lentement à partir du rnu*/,*\ eu e«if |itfy«iir|iiemerit (iiiï/?rent. Le second est composé de (Miill^'lli*^ hrilhirifew tlun j^Hm de fer et d'un aspect métallique; le pre-

TRAVAIL DE L*AaBR 283

inier est une poudre noire amorphe qui doit ce changement d*aspect à son extrême division. Le carbone, pendant le revenu, s'est bien combiné au fer mais, comme nous l'avons dit antérieurement, H s*est comhinr in situ et na pu reprendre dans un milieu solidey à la iempéralure relativement basse de iOO''y la situation d^enveloppe quUl occupe dans iacicr fialurel par rapport aux granulatiotis de fer.

On transforme ainsi un corps quasi vitreux, éminemment fraiçile, en un corps poreux hétérogène, beaucoup moins fragile.

En même temps la proportion du fer /3 dimiliue évidemment de tout le fer qui se combine au carbone ; mais comme une fraction du fer /3 subsiste jusqu'à 660®, la dureté nediminue pas pendant le revenu aussi rapidement que la fragilité.

Il résulte d'expériences que nous ne pouvons décrire que la réicénération du carbone de recuit est presque achevée dès 400** et achevée vers 520** ; le dégagement de la chaleur latente de trempe commence aux environs de 200® pour se terminer entièrement vers 520**. On a constaté que pour les aciers durs il se produisait en outre un dernier dégagement de chaleur entre 660® et 680®, c'est-à-jdire très voisin de la station connue «c-3-ii' et ne pouvant plus être attribué qu'à la régénération du fer a.

En résumé, nous pourrons nous représenter, sauf réserves résultant des théories finales :

— U acier recuit au rouge comme étant principalement constitué par le fera, dont les granulations élémentaires sont enveloppées de carbure de fer.

— Vacier trempé constitué par le fer fi en masse continue tenant le carbone en dissolution.

— L acier r^v^nw constitué par un mélange intime du précédent avec une proportion variable de fer « et de carbure de fer infiniment divisés.

Toutes les transitions, tous les intermédiaires étant d'ailleurs possibles entre ces trois types.

TJTRE IV