PRODUITS

FERREUX

Fontes

Origine de tous les fers. — Fer et carbone en proportions indéterminées (de 5 à 10 et 12 0/0) de carbone.

Fers

Aciers

contiennent de 0 à

— — - de carbone

contiennent de -~—

" * 77T7T7- de carbone 0 1000°

ne subissent pas la trempe.

' subissent la trempe.

Fers soudés

Fers fondus dits : aciers doux.

Soudés

Fondus

Décarburation de la fonte

Carbone ajouté au fer

Décarburation incomplète

par le pudlage.

par affinage.

par cémentation.

de la fonte liquide ou

carburation du fer fondu

Paquets chauffés ;

\ martelage, au rouge < ,

, , i laminage, et soudes par [

/ Bessemer.

Paquets chauffés {

\ martelage, au rouge < ,

, / laminage, et soudes par [

Procédés ( Siemens-Martin, f Thomas.

par addition de fontes spéciales.

§4. — Effets des effo

125. Effet des efforts prolongés. — Lorsque l'on soumet, dans un laboratoire d'essai, les métaux à des épreuves de rupture, on les fait passer dans un temps très court, c'est-àdire en quelques instants, ou si l'on veut en quelques heures, de la charge zéro à celle de rupture. Dans ces conditions, une charge moins forte que celle de rupture ne fait pas rompre la pièce; mais n'y arriverait-elle pas si elle agissait pendant un temps plus ou moins long? C'est ce que Vicat, et après lui M. Thurston et M. Considère ont étudié.

Des expériences de Yicat, il semblerait résulter que le métal soumis pendant des mois et des années à des charges inférieures au tiers de la limite de rupture et même à la moitié de celle d'élasticité prendrait un allongement continu, qui entraînerait nécessairement la rupture.

Des expériences de M. Thurston, il résulterait qu'une charge supérieure à la limite d'élasticité amènerait la rupture au bout d'un temps plus ou moins long.

Les expériences de M. Considère corrigent celles de Vicat et donnent des résultats beaucoup moins inquiétants; néanmoins il semble avéré que, dès que la charge dépasse la limite d'élasticité, le danger d'une rupture augmente avec le temps.

126. Effets des efforts répétés un petit nombre de fois. — (a) Education du métal. — Tant que la limite d'élasticité n'est pas atteinte, le métal soumis à une charge momentanée revient, très sensiblement, à son état primitif aussitôt que l'on supprime l'effort.

Appliquons un effort pl dépassant l'a limite d'élasticité ; alors, ainsi que nous l'avons dit au n° 122, le métal prend un double allongement, l'un qui est dit élastique et qui dispa-

rs PROLONGÉS ET DES CHOCS

raît avec l'effort, l'autre qui est permanent. Une fois l'effort pl supprimé, la tige reprend donc une longueur /, qui est un peu supérieure à sa longueur primitive /. Elle va maintenant se conduire comme si elle était faite d'un métal nouveau qui aurait une limite d'élasticité supérieure à la première et très sensiblement égale à la charge pt que l'on vient de quitter. Si donc on applique à ce nouveau métal la même cbarge />, il reprend la longueur /, en ne subissant qu'un allongement élastique; mais si la charge qu'on lui applique est p.2, supérieure à pt, alors la tige prendra une longueur nouvelle, en subissant un allongement qui sera, lui aussi, en partie élastique et en partie permanent; l'allongement élastique étant toujours donné par la formule fondamentale, avec même module d'élasticité. Quand elle reviendra sur ellemême, ce sera pour garder définitivement une longueur l2 supérieure à /,, et nous avons encore un autre métal différent du second état. En renouvelant plusieurs fois l'expérience, et en soumettant le métal à des charges croissantes, le même effet se reproduira en s'accentuant chaque fois jusqu'au moment où le métal entrera franchement dans la période de striction.

Ainsi donc, ces efforts répétés et croissants ont pour effet d'augmenter la limite d'élasticité; ils font en quelque sorte l'éducation du métal, selon l'expression de Tresca. D'autres expériences prouvent aussi qu'ils augmentent également sa limite de rupture, et M. Bauschinger a pu porter de 32 k. à 44 k. la résistance de rupture d'un métal par sept chargements successifs. Par contre, la ductilité du métal diminue. Avec nos idées nouvelles sur la bonne influence de la ductilité, l'éducation du métal, faite par ce procédé, laisse donc à désirer.

TENSION LONGITUDINALE SIMPLE. TRACTION ET COMPRESSION

{b) Limite de cette éducation. — Jusqu'à quelle limite pourra-t-on faire ainsi cette éducation du métal? Il résulte des expériences de M. Bauschinger que ce ne sera que jusqu'à la limite de grande extension; et que, si la charge dépasse cette limite, on constate alors que le métal voit sa limite d'élasticité brusquement abaissée et réduite presque à zéro. Il ne pourra donc plus y avoir, à partir de cette limite, que des allongements permanents, et le métal entrera vite dans la phase de rupture.

°127. Effet des chocs répétés. — Un choc se produit lorsqu'un corps possédant une certaine masse et une certaine vitesse en rencontre un autre et vient y anéantir sa puissance

mv2

vive (produit — - de la masse m par la moitié du carré de

la vitesse v). Cette puissance vive ne peut être détruite que par un travail moléculaire produit dans le corps choqué, travail qui résulte de ce que les fibres moléculaires se raccourcissent.

Pour comprendre l'effet d'un choc, évaluons d'abord le travail moléculaire accompli dans une barre unitaire, c'està-dire qui aurait 1 mètre de longueur, 1 mm2 de section et à laquelle on imposerait un effort unitaire p. Si E est le module d'élasticité, le travail moléculaire (v. plus loin, n° 159) sera donné par la formule

Si — — - est la puissance vive unitaire du choc, c'est-à-dire

la puissance vive totale répartie sur chaque barre unitaire du solide qui le reçoit, on devra donc avoir :

l PSL 1

(1) La formule du n° 159 est 1 1, = - — - ; on obtient celle que nous écrivons en v faisant L = 1 et lù — \.

d'où

mv2 p2 ~2~ = 2Ë'

(2) p = vy/mË.

Cette formule (2) fera connaître l'effort unitaire p produit dans une fibre par un choc d'intensité, ou, plutôt, de puissance vive connue.

Cela posé : 1° Si p ainsi calculé est inférieur à la limite d'élasticité, le métal rebondira, en quelque sorte, sous le choc et reprendra son premier état ; le choc sera sans effet nuisible, même si on le répète un grand nombre de fois.

2° Si p ainsi calculé est supérieur à la limite d'élasticité mais inférieur à celle de grande extension, il résulte de l'étude faite au numéro précédent que chacun des chocs produira une déformation permanente mais en même temps fera l'éducation du métal jusqu'à ce que ce métal modifié ait acquis une nouvelle limite d'élasticité égale à p ; à partir de ce moment, il n'y aura plus de déformation permanente ; on rentrera dans le premier cas ; néanmoins le métal restera moins ductile et plus fragile.

Mais 3° si p est supérieur à la limite de grande extension, alors, chacun des chocs produira une déformation permanente, puisque dans ces conditions la limite de l'éducation du métal [v.-n° précédent (b)] sera toujours dépassée; la phase de striction sera donc, plus ou moins vite, mais forcément, atteinte et la rupture délinitive serala conséquence de ces chocs répétés un nombre suffisant de fois.

Un calcul, que nous ne ferons pas ici, nous permettrait de prouver qu'un acier qui aurait 50 kilog. de résistance de rupture et un allongement de striction égal à 20 p. 100, se romprait sous un choc répété possédant une puissance vive unitaire égale à 0,0575 tandis que pour se rompre sous un choc unique, ce dernier devrait posséder une puissance vive unitaire 100 fois plus grande que la précédente.

| 5. — Effets des efforts répétés ou alternés

128. Expériences et lois de Wœhler. — (a) Définitions et expériences. — On s'est beaucoup préoccupé en Allemagne des effets produits sur le fer et sur l'acier par des efforts répétés toujours dans le même sens, soit à la fraction, soit à la compression, c'est ce que nous nommerons des intermittences, et par des efforts alternés de traction et de compression, c'çst ce que nous nommerons des alternances.

Des machines spéciales imaginées par M. Wœhler lui ont permis de faire subir à des barrettes métalliques un nombre considérable soit d'alternances, soit d'intermittences.

M. Wœhler et après lui MM. Spangenberg et Bauschinger ont reconnu que tel effort qui, agissant une seule fois ou même un nombre limité de fois, aurait laissé le métal indemne, amènerait sa rupture si on le répétait un nombre de fois très considérable.

De leurs expériences on a pu déduire la loi générale dont voici l'énoncé :

(b) Loi de Wœhler. — « Le nombre d'intermittences ou « d'alternances d'efforts amenantla rupture est d'autant plus « petit que l'écart entre les efforts extrêmes est plus grand. »

Si les deux efforts extrêmes sont de même sens, par exemple, deux tractions, l'une de 15 k., l'autre de 8 k., l'écart sera 15 — 8 = 7 k.

Si l'un des efforts agit par traction (13 k. par exemple) et l'autre par compression (7 k. par exemple), l'écart sera 13 -+- 7 = 20 k.

Dans ce dernier cas, il y aura rupture beaucoup plus tôt que dans le premier.

En France cette loi de Wœhler, qui conduit à réduire le travail à imposer aux organes de construction qui seront

INFLUENCE Dl MODK DE FABRICATION ET DES ACTIONS MÉCANIQUES DÉFORMATRICES

•il

soumis à des cITorts alternés de traction et de compression, n'est pas encore généralement prise en considération. On a fait remarquer que des échantillons levés sur des organes ayant subi un grand nombre d'alternances (tels que rails de chemin de fer ou barres de treillis de pont), ont donné des résultats très satisfaisants aux épreuves à la traction, résultats qui ne laissaient pas supposer une diminution dans les qualités du métal.

Néanmoins, en présence des cas de plus en plus fréquents de rupture de ponts métalliques qui se sont produits dans ces dernières années, il devient nécessaire de tenir compte de la loi de Wœhler, car il est reconnu que ces ruptures sont ducs, pour la plus grande part, aux efforts variables et répétés auxquels les charges roulantes ont soumis ces ouvrages.

(c) Formules traduisant la loi de Wœhler. — Il résulte de cette loi que tel métal, qui se romprait sous un effort égal à A appliqué une seule fois, finira par se rompre sous un effort plus petit A" répété un très grand nombre de fois, tandis qu'il doit exister un effort limite A' qui serait le plus élevé pour lequel les efforts, même répétés indéfiniment, n'amèneraient pas la rupture.

| 6. — Influence du mode de fabrication

12!). Acier moulé. — Par les procédés nouveaux, Bessemer ou autres, on peut en quelques minutes transformer de la fonte en acier tout prêt à être coulé. L'acier coulé présente une texture cristalline d'autant plus marquée qu'il s'est refroidi plus lentement. Sa résistance est inférieure à celle de l'acier laminé ou forgé, mais elle est le double, au moins, de celle de la fonte. Son allongement de striction peut atteindre de 1 à 5 p. 100, et sa résistance de rupture, 40 k.

Le recuit rend la structure de l'acier moins cristalline, augmente son allongement de striction qui peut atteindre 8 p. 100, et aussi, (ce qui est une exception à la règle habituelle) sa résistance à la rupture, laquelle peut atteindre 45 à 50 k.

Ces aciers ont donc, pour les pièces moulées qui doivent résister à des efforts de traction, un avantage considérable ^ur la fonte dont la résistance de rupture à la traction est de 10 à 20 k., avec un allongement de striction insignifiant. On ne s'explique pas, en présence de ces avantages et de la faible majoration des prix de l'acier coulé sur ceux de la fonte, pourquoi le premier métal n'est pas plus souvent substitué au second pour les pièces moulées.

La trempe, suivie d'un recuit, améliore énormément l'acier; elle peut lui donner 45 k. de résistance avec 20 p. 100 d'allongement de striction, ou 60 k. de résistance avec 12 p. 100 d'allongement de striction. lAIalheureusement la trempe n'est, jusqu'à présent, praticable que pour de petites pièces.