DUCTILITÉ

ductiles à chaud qu'à froid ; par exemple le cuivre. Le zinc ne peut passer au laminoir avec succès, qu'entre 130 et 150 degrés. Au-dessus de cette dernière température, il est tellement cassant qu'on peut le pulvériser dans un mortier.

4S8. Passade h la filière. — Une filière consiste en une plaque d'acier, dans laquelle sont pratiqués de petits trous coniques de diamètre différent. On engage dans un de ces trous l'extrémité amincie de la baguette que l'on veut tréfiler, et, la saisissant du côté opposé avec des tenailles, on tire fortement. On la force ainsi à passer par le trou en s'allongeant et en diminuant de grosseur. On la fait passer ensuite par un trou plus petit, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'on ait obtenu le degré de ténuité désiré.

Pour qu'une substance se prête à l'opération de la filière, il faut que ses molécules puissent changer facilement de position et que sa ténacité soit sufiSsamment grande. Les métaux les plus ductiles n'étant pas les plus tenaces, ces corps ne doivent pas, relativement au passage à la filière, être placés dans le même ordre que pour la malléabilité. Voici quel est cet ordre : platine, argent, fer, cuivre, or, zinc, étain, plomb K

L'allongement se fait de deux manières: !<> par changement dans les positions relatives des molécules ; 2® par leur écartement dû à la traction ; ce que l'on reconnaît en recuisant le fil, qui alors augmente de diamètre et se raccourcit d'une quantité notable, comme l'a constaté M. Baudrimont. On remarque aussi que le diamètre du fil est plus grand que celui du trou de filière par lequel on l'a fait passer. Cela tient à l'élasticité décompression, qui fait que les molécules s'écartent en sortant de l'ouverture, et à ce que le fil est étiré pendant son passage, ce qui diminue momentanément son diamètre (428), qui augmente ensuite quand la traction cesse. C'est pour cela qu'un fil de fer qu'on a fait passer cinq ou six fois par un même trou de filière, résiste toujours quand on l'y fait passer de nouveau. Comme les corps n'ont pas tous la môme élasticité, des fds de différents métaux n'ont pas la même grosseur en sortant de la même filière. Le recuit les ramène sensiblement au même diamètre.

La chaleur, agissant sur la malléabilité et la ténacité, doit avoir aussi de l'influence sur le passage d'un même corps par la filière. C'est, en effet, ce qui a lieu, principalement pour le fer. Le zinc ne peut se tréfiler qu'à 100° environ. Quand on opère à une basse température, la densité de certains métaux conserve une partie de l'accroissement produit par le froid. Par exemple, M. Wertheim a trouvé qu'un fil de fer, après avoir passé par quatre trous de filière à la température ordinaire, avait pour densité 8,906; ayant opéré à— 15°, il trouva 8,925; et à — 20°, 8,927.

4IS9. Flexibilité. — Les corps ductiles sont en même temps flexibles, c'est-à-dire qu'on peut les courber d'une manière permanente, sans séparer leurs molécules. Il y a des substances, comme l'étain, le cadmium, le zinc, qui,

I On nomme quelquefois ductilité, la propriélt^ de s'allonger, sans se rompre, par Topération de la filière. Ce mot n'a plus alors le sens général que nous avons adopté plus haut.

430 CORPS SOUDES.

lorsqu'on les ploie, font entendre un bruit particulier, connu, pour Tétain, sons le nom de cri de l'étain. Ce bruit provient des cristaux rudimen tairas, dont W faces changent de positions en se frottant les unes contre les autres. Quand on ploie rapidement une barre, alternativement en deux sens opposés, on finit pir la rompre ; tandis que, en opérant lentement, il peut se faire qu'on ne puisse y parvenir. C'est que, après chaque déplacement brusque, les molécules n onl pas le temps de prendre une position d'équilibre, avant que le mouvement inverse ne vienne les déplacer de nouveau.

460. Dureté, fragilité. — La dureté consiste dans la résistance que les corps opposent à être rayés ou usés par d'autres corps. De deux corps, le plus dur est celui qui raye l'autre. On peut encore comparer le degré de durelém de mollesse des corps homogènes, au moyen delà compression; de deux corps, le plus mou sera celui qui cédera le plus facilement, soit pour s'écraser, comme la craie, le plâtre.... , soit pour s'aplatir comme le plomb. Il est facile de voir que tout ce qui augmente la ductilité, ou diminue la ténacité, doit rendre ks corps plus mous : le fer est mou à la chaleur rouge, la fonte peut alors se diviser avec une scie, le verre se couper avec des ciseaux.

La substance la plus dure est le diamant. Pour le tailler on l'use avec de h poudre de même substance. Après le diamant, vient le corindon ou aluniioe cristallisée, qui reçoit différents noms, suivant sa couleur. D'après Tfaomsot, les métaux doivent être placés, relativement à la dureté, dans Tordre suivant: acier trempe^ fer, platine, cuivre, argent^ or, antimoine, étain, plomb. Les alliages sont plus durs que les métaux qui les composent. C'est pour ceh qu'on a coutume de mêler à l'or et à l'argent des monnaies, un dixième de cuivre, pour les rendre plus durs.

Ouelquefois, la structure accidentelle d'une substance peut la rendre facile à entamer, quoiqu'elle soit réellement très dure. C'est ce qui a lieu, par exemple, pour la pierre ponce, le charbon de bois, dont on se sert pour polir le verre, les grès qui servent à user l'acier qui les raye.... Ces substances sont composées de parcelles très dures, laissant entre elles des espaces vides ou remplis d'une matière molle ; de sorte que, lorsqu'on veut les rayer, on brise les parties solides très petites, quand elles sont séparées par des vides, ou bien on les déplace, en refoulant la matière molle interposée. Le premier cas se présente pour la pierre ponce, et h second pour le grès à aiguiser.

Fragilité. — Lcs corp^ durs sout Ordinairement fragiles, c'est-à-dire faciles à briser par le choc, comme cela a lieu pour le diamant, le verre, l'acier

trempé Cela pouvait se prévoir: par le choc, on communique brusquement

une grande (juantité de mouvement aux parties sur lesquelles on agit diwt(*menl; les molécules de ces parties sont donc vivement déplacées; et, si le corps n'est pas ductile, le déplacement ne pourra avoir lieu sans séptiration, et il y aura rupture. Si, au contraire, le corps est très ductile, il sera en général faussé, déformé, mais non brisé.

Un corps dur peut être peu fragile, quand il est doué d'une grande ténacité.

THEMPE. 431

comme les silex pyromaques, qu'on ne peut briser qu'au moyen de chocs énergiques. Un corps mou peut être très fragile, quand il est en ra<lme temps peu tenace; comme la craie, le plAtre; et même quand il est très ductile, comme l'argile humide, la poix, la rire molle.

S 5. — CAUSES Qll MODIFIENT LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES CORPS SOLIDES.

461. Une même substance solide peut présenter, à la même température, des propriétés mécaniques différentes, lorsqu'on lui fait subir certaines opérations que nous allons examiner.

Trempe. — Quand on a refroidi brusquement un corps solide, on dit qu'il a été trempé, parce que Ton opère ordinairement en le plongeant dans l'eau .froide, après l'avoir fait fortement chauffer, l.a trempe est d'autant plus forte que l'abaissement de température est plus considérable et plus rapide. On trempe dans l'eau, le mercure, les corps gras liquides ou non. Avec le mercure, dans lequel la chaleur se disperse facilement, la trempe est plus forte qu'avec l'eau; elle est moins prononcée avec les corps gras.

Les effets de la trempe sont détruits par le recuit, qui consiste à faire chauffer le corps trempé, puis à le laisser refroidir lentement.

Trempe de i*iieler. — L'acier est la substance sur laquelle les effets de la trempe sont le plus prononcés. Non trempé, il est ductile, mou, flexible, peu élastique, en ce sens que la limite de l'élasticité est peu éloignée ; trempé, au contraire, il devient dur, cassant, très élastique et moins dense. Remarquons que la force d'un ressort d'acier n'est pas sensiblement changée par la trempe, car Coulomb a trouvé qu'une lame d'acier, fixée dans une position horizontale par l'une de ses extrémités, et chargée d'un certain poids à l'autre, fléchit de la même quantité, avant et après la trempe.

On lire parti des propriétés que la trempe donne à l'acier, pour fabriquer Une foule d'outils, de ressorts, d'instruments tranchants, précieux pour l'industrie ; le degré de trempe de l'acier, et, par suite, sa dureté et son élasticité, doivent être déterminés d'après l'objet que l'on en veut fabriquer. On arrive au degré de trempe dont on a besoin, par deux moyens : ou bien on dispose des températures de l'acier et du liquide dans lequel on le trempe, de manière à obtenir l'abaissement de température convenable; ou bien, on recuit partiellement l'acier, après l'avoir trempé très dur, de manière à ne conserver qu'une partie de l'effet produit. On est guidé, dans cette dernière opération, par des teintes superficielles qui se succèdent pendant le recuit, et sont dues à une couche très mince d'oxyde de fer, qui se forme sous l'influence de la chaleur, et dont la couleur dépend de l'épaisseur, comme nous le verrons dans l'optique.

Voici le tableau de ces teintes, avec les températures approximatives qui leur correspondent :

Jaune paUle 320o Jaune violacé 263® Bleu 593*

Jaune dV 230 Violet pourpre 277 Bleu foncé 317

Jaune orange 240 Bleu faible 288 Vert d'eau 33u

Au rouge, la surface devient noire, la couche d'oxyde étant trop épaisse pour être colorée.

Pour les rasoirs, la coutellerie fine, on recuit jusqu'au jaune paille ; pour les ressorts ordinaires, jusqu'au bleu ; pour les ressorts des montres, pendules, depuis le violet jusqu'au bleu foncé ; pour les scies, au bleu foncé.

Explication de la trempe. — La cause des effets de la trempe sur l'acier n'a pas encore été démêlée d'une manière bien nette. Voici rexplicatioQ qu'on en donne ordinairement. Un morceau d'acier fortement chauffé et dilaté, étant plongé dans un liquide froid, les couches extérieures se rapprochent au premier instant, et les molécules qui les composent, se fixent dans un état d'équilibre qui dépend de leur température actuelle, et du noyau, encore dilaté, sur lequel ces couches doivent forcément se mouler. Lorsque, un instant après, les parties intérieures se refroidissent à leur tour, lieurs molécules ne peuvent plus se rapprocher librement, parce qu'elles adhèrent à la croûte extérieure déjà fixée, et tendent à remplir l'espace qu'elle limite ; delà Taugmentatioa notable de volume de l'acier, quand on le trempe. Ces molécules se trouvent, de plus, dans un état d'arrangement forcé, qui n'est pas celui qu'elles auraient pris si le refroidissement eût été lent; ce qui explique la fragilité de l'acier trempé. Si l'écarlement des molécules était trop prononcé, la ténacité pourrait être dépassée, et il se produirait des solutions de continuité dans la masse. C'est pourquoi les grosses pièces d'acier se brisent quelquefois quand on les trempe fortement. On peut aussi rapprocher ce résultat de ce qui se pa5se quand on coule l'acier fondu : souvent il se forme des cavités dans l'intérieur de la masse, provenant du retrait qu'elle éprouve en se solidifiant.

Cette explication est loin d'être suffisante; car on en devrait conclure qu'une lame d'acier très mince doit éprouver moins fortement les effets de la trempe qu'un gros barreau; et c'est le contraire qui a lieu. 11 est probable que les molécules changent de position et se groupent d'une nouvelle manière pendant la trempe; ce serait donc un cas de dimorphisme ; et même, dans le cas des trempes dures, on doit adrnettre un changement dans le mode de combinaison des molécules de carbone et de fer qui constituent l'acier. En effet, tandis que la cassure, avant la trempe, est fibreuse, après la trempe elle est grenue, et les grains brillants ont une forme et une grosseur qui dépendent dn degré de trempe. On distingue même, avec une loupe, du carbure de fer de couleur difl'érente interposé entre les grains. 11 se produit là un effet analogue à celui que M. Karsten a observé dans la foute de fer, qui, solidifiée et refroidie

TUEMPE.

lentement, forme la fonlc grise, assez douce pour se travaillera la lime; tandis que la fonte blanche, qui s'obtient par un refroidissement rapide, est plus dense, et résiste à la lime. La dernière a conservé la nature qu elle avait à l'état liquide ; tandis que, dans la première, les éléments ont contracté un nouveau mode d'arrangement pendant le refroidissement lent. Les changements que la trempe fait éprouver au bronze confirment cette manière de voir.

46S. EfTets de la trempe sur le bronze. — Ces effets sont tout différents de ceux qu'éprouve l'acier. D'Arcet a découvert que la trempe rend le bronze plus dense, plus mou, plus ductile, moins élastique ; et que le recuit lui fait éprouver des effets opposés. La différence dans la manière dont sont combinées les molécules de cuivre et d'étain qui composent le bronze, est ici évidente ; car la cassure, après la trempe, est jaune, tandis qu'elle est, après le recuit, d'un blanc d'étain.

463. Trempe do verre. — Le veiTC éprouve, par la trempe, les mômes changements que l'acier, c'est-à-dire qu'il devient plus fragile, plus dur et moins dense. MM. Chevandier et Wertheim ont trouvé qu'un échantillon de verre dont la densité était 2,513 avant le recuit, avait pour densité 2,523 après avoir été recuit. Pour tremper le verre, il suffit, après l'avoir fortement chauffé, de le laisser rapidement refroidir dans l'air, en l'y agitant légèrement. La chaleur se déplace avec tant de lenteur dans l'intérieur du verre, qu'un refroidissement plus rapide le ferait éclater. Fig. 373. Le verre trempé est tellement fragile, qu'on

peut briser le fond d'un matras en verre non recuit (fig. 373), en laissant tomber une petite pierre dans l'intérieur. Ce matras porte le nom de fiole philosophique ou matras Fig. 374. de Bologne. Pour leur ôter leur fragilité, on a coutume de recuire les objets en verre, dans des fours dont on laisse baisser lentement la température.

Larmes bataviques. — On nomme larmes bataviques ou de Hollande, des gouttes de verre fondu, que l'on a fait tomber dans de l'eau, où elles se sont solidifiées (fig. 31 A); on s'en sert pour montrer l'état d'équilibre forcé dans lequel se trouvent les molécules du verre trempé. Leur nom vient de leur forme et du pays d'où les premières ont été importées en France, en 1 656, par l'ambassadeur de Suède, Chanut. On peut frapper assez fortement ces petits corps sur le gros bout sans les briser; mais si l'on vient à casser la queue effilée, toute la masse éclate en poussière, et cette petite explosion est accompagnée d'une lueur visible dans l'obscurité. Pour expliquer ce phénomène, remîirquons qu'une couche extérieure se solidifie d'abord; pendant que l'intérieur est encore en fusion, et que cette couche, fortement trempée, se moule sur la masse intérieure, de manière à conserver un volume plus grand que si le

refroidissement était lent. La masse intérieure, qui se soIidiGe ensuite, ne peut éprouver la contraction correspondant à son refroidissement, parce qu*cllf adhère à Tenveloppe extérieure; de là un état d'équilibre entre ses molécules, qui ne peut exister qu'autant que cette enveloppe subsiste elle-même pour les soutenir. Vient-on à mettre à nu quelques points de la masse interne, l'équilibre est rompu et tout s'écroule avec éclat ; tandis que, si l'on frappe sur l'enveloppe dure et convexe, ou ne produit rien. On peut quelquefois user, sur une meule de grés, l'extrémité eflilée, jusqu'à une certaine distance, sans provoquer la rupture. Si alors on gratte l'endroit usé, avec la pointe d'une aiguille, on détermine l'explosion. Si l'on perce la partie renflée, la larme éclate quand le foret atteint les molécules de l'intérieur. Le recuit fait disparaître toutes ces propriétés ; elles avaient excité au plus haut degré la curiosité des physiciens du xvn« siècle, et celui auquel il arrivait de posséder une larme batavique, réunissait le plus de savants qu'il pouvait, pour la briser solennellement en leur présence.

Dans le verre trempé, les molécules sont aussi dans un état d'arrangement forcé tout différent de celui qui subsiste après le recuit ; car sa densité est diminuée, et il se manifeste, quand la lumière le traverse, des phénomènes d'optique particuliers.

Ajoutons que nous avons reconnu que la forme extérieure d'un prisme de verre change par la trempe; les faces, de planes, deviennent convexes. On peut s'en assurer, en appuyant une de ces faces sur une glace épaisse ; on aperçoit alors, autour du point de contact, des anneaux colorés dont la présence snffil. comme nous le verrons dans l'optique, pour attester que la face est convexe.

461. Ecrouissajce. — On dit qu'un corps a été écrouj quand ses molécules ont été rapprochées d'une manière permanente par quelque opération mécanique, de manière que sa densité soit augmentée. On écrouit par le cJioc du marteau , le passage au laminoir ou à la filière ; enfin par la traction, la compression, la flexion et la torsion, quand on dépasse la limite d élasticité. Il est évident que Técrouissage n'est possible qu'avec les corps ductiles. Il y a cependant des corps très ductiles qui ne peuvent être écrouis par le marteau ou le laminoir. Le plomb est dans ce cas ; on peut cependant l'écrouir en le comprimant fortement dans un moule, dont les parois l'empéchetit de s'étendre.

Les effets de Técrouissage, sur les propriétés physiques des solides, sont plus généraux que ceux de la trempe ; car ces effets sont les mêmes sur presque tous les corps ductiles. Ces corps résistent davantage à la traction, deviennent plus denses, plus durs, plus cassants, et plus élastiques, en ce sens que la limite d'élasticité est plus éloignée. Cependant la force élastique ne change pas sensiblement. Par exemple. Coulomb a vu des fils forcés par torsion consener U même durée d'oscillations dans tous les états de torsion permanente. Le recuit fait disparaître les effets de l'écrouissage. C'est pourquoi on fait recuire de temps en temps le fer, quand on le passe à la filière. L'or est beaucoup plus