SELON

Fonte de moulage pour machines, maximum ....

Karmarsch.

Fonte de moulage pour machines , mmimum ....

io,m

id.

Fonte de moulage pour machi-

Karsten.

Acier puddio.et feràfins grains, barres laminées . . . .

Maeurcr.

UOO — 1700

Moitié acier moitié fer, barres

id.

id.

Fer laminé ordinaire, essieux, rails et bandages . . . .

id.

Fer au bois ou extra, nerf le

Comparaison de la dilatation et de la retraite du fer. — Si nous admettons qu'à son arrivée sur la table de dressage, le fer soit encore à \ la température de 1000° C, nous trouvons pour la contraction du fer ordinaire par le refroidissement la valeur 0,01823. D'un autre côté, le tableau de Wiebe montre que l'augmentation en longueur du même, fer de 0 à ISOO" C. n'est que de 0,01629.

Il résulte de là que la contraction du fer forgé par le refroidissement est de beaucoup supérieure à la dilatation du même fer par réchauffement, les températures extrêmes étant égales dans les deux cas.

La fonte présente une relation inverse. Prenons 1300° C. pour la température de ce métal après la coùlée et au moment où commence la solidification. D'après le tableau précédent, la retraite par le passage de la fonte à la température ordinaire est de 0,010526 au maximum..

APPENDICE

Or, le (ableau de Wiebe nous donne pour la dilatation du même métal, de 0 à 1300° C, 0,025303, et pour la dilatation de G à 325° C. 0,015066.

Ces différences s'expliquent par celle des densités des deux métaux, le fer malléable étant plus léger au blanc soudant qu'à la température ordinaire et la fonte plus pesante à la température de la fusion, puisque la fonte solide surnage la fonte liquide. Maeurer observe que les gueusets de fonte portés à l'incandescence dans le four à puddler sont très-faciles à casser, tandis que les mêmes gueusets arrivés à cette température dans les moules après la coulée, opposent beaucoup plus de résistance à la rupture.

Calorique spécifique des fers. — Il croît rapidement avec la température.

24. Observations de Minary et Résal sur la fusion des fers crus. — Les fontes phosphoreuses se distinguent par une grande fusibilité et par une grande liquidité après la fusion. Les fontes sulfureuses blanches deviennent pâteuses avant de fondre, mais elles ne prennent pas l'état de bouillie qui caractérise les fontes blanches par surcharge exemptes d'impuretés.

En opérant sur de la fonte grise au coke, sortant des hauts fourneaux de Rans, MM. Minary et Résal (C. R. de l'Académie des sciences, t. 52, p. 1072) ont reconnu qu'elle ne devient liquide qu'après avoir passé par tous les états pâteux intermédiaires, en même temps que sa chaleur totale croît d'une manière continue ; par conséquent la fonte n'a pas à proprement parler de chaleur latente de fusion. La chaleur totale de 1 kilogr. de fonte croît de 204 à 225 calories dans la première période du ramollissement, de 225 à 255 lorsqu'elle est demi-fluide, enfin la fonte la plus chaude que fournit ordinairement le cubilot, donne 292 calories.

En calculant les effets qui accompagnent la fusion de la fonte, et en prenant pour base le roulement moyen des cubilots de l'usine de Casamène, où les essais ont eu lieu, MM. Minary et Résal sont arrivés au chiffre de 283 calories, qui cadre 'très-bien avec les précédents. Ils ont également déduit de là que le rendement calorifique des cubilots n'est que de 50 pour 100. La fonte blanche donne des résultats moins forts, tandis que les laitiers renferment environ 336 calories.

D'après l'observation précédente de Minary et Résal, il faut, à ce qu'il paraît, supprimer la deuxième période dans le passage des fontes de l'état liquide et chaud à l'état solide et froid.

26. Phénomènes que présentent les diverses espèces de fonte à la coulée, c'est-à-dire, à l'état liquide. — Ce n'est pas seulement après la solidifi-

cation que les diverses espèces de fonte se distinguent par des caractères bien trancliés, on remarque également de très-grandes différences entre elles lorsqu'elles sont liquides, de sorte qu'un œil exercé peut juger de l'espèce de fonte, en la voyant couler du haut fourneau. Pour fixer les idées, considérons en particulier la fonte grise et la fonte blanche ordinaires des hauts fourneaux au coke. Voici de quelle manière ces fontes se comportent au sortir du haut fourneau : la fonte blanche roule en sortant du fourneau, a une teinte rougeâtre et lance une grande quantité d'étincelles fines. Elle présente à sa surface des bandes, dont la largeur, dans le sens du mouvement, peut dépasser deux pouces, si elle n'est pas très-chaude. Elle s'épaissit et se refroidit promptement, n'est pas tranquille, se débat dans les moules, attaque le sable et ne peut être bien dépouillée après le refroidissement. Du reste, elle remplit aussi bien les moules que la fonte grise pourvu qu'elle soit assez chaude et qu'elle y arrive promptement. Elle donne ordinairement des gueusets à surface convexe. — La fonte grise coule tranquillement, a une couleur blanc-soudant, lance peu ou point d'étincelles et conserve longtemps sa liquidité, qui est parfaite. La pellicule qui recouvre sa surface forme un moiré mobile, en se divisant en lamelles très-fines, peu distinctes et extrêmement agitées, aussi longtemps que le métal coule, et môme jusqu'à ce qu'il se fige dans le moule. Les lamelles du moiré sont d'autant moins faciles à distinguer que la fonte est plus chaude. La fonte grise remplit parfaitement les moules, ne les attaque pas, et présente, après le refroidissement, une surface lisse, dépouillée de sable et une couleur bleu-ardoisé, comme le fer battu ou laminé, quand il est froid et avant qu'il se soit couvert de rouille. Les gueusets sont à surface plane ou concave. — Schott (Bergw. fr., t. 6, p. 241) a décrit les caractères de diverses fontes au bois à l'état fondu et durant la solidification.

d) 40 à bl. THÉORIES DES ÉTATS METALLIQUES DU FER.

Composition compliquée du fer et de la fonte. — Le nombre des corps étrangers que ces métaux peuvent renfermer est quelquefois considérable, comme le prouve l'analyse d'une fonte noire faite par Fresenius (Zeitschrift fuer Analyl. Chcmie, 1865, p. 69 et Jahr. Ber., 186S, p. 27). Voici les résultats de cette analyse :

A) Composants du métal : Fe, 93,279 ; Al, 0,028 ; Mn, 0,388 ; Cr, 0,027; V, 0,012; Cu, 0,009; As, 0,015; Sb, 0,011; Co et Ni, 0,035 ; Zn, trace; Ca, 0,072; Mg, 0,010; Ti, 0,024; P, 0,459; S, 0,036 ; 5/, 3,265; C, combiné, 0,086; C, libre, 2,171.

B) Composants du laitier inclus par le métal : SiOs, 0,069 ;

APPENDICE

CaO, 0,067 ; MgO, 0,004; 4^0., 0,028; FeO, 0,003. Total 100.

Pour déterminer le carbone combiné, on a brûlé directement le gaz obtenu par la dissolution du fer dans l'acide sulfurique étendu et chaud, et on a recueilli dans un appareil à absorption pesé l'acide carbonique produit et débarrassé de vapeur d'eau.

Le même chimiste a prouvé que les fontes blanches provenant de fers spathiques et généralement classées parmi les produits purs, ont en réalité une composition aussi complexe que la fonte noire. A l'appui de cette assertion il cite entr'autres l'analyse qu'il a faite du Spiegeleisen de Musen, obtenu en 1862 au charbon de bois avec des minerais du Stahlberg de Siegen.

Voici le résultat de cette analyse : Fe, 82860; Mn, 10707; Ni, 16; Co, traces; Cr, 66 ; i/, 77 ; Ti, 6; Mg, 45; Ca, 91 ; K, 63 ; Na, traces; L, traces; As, 7 ; 56, 4; P, 59; S, 14; iV, 14; Si, 997; C, 4323 ; oxygène de la silice des laitiers interposés, 475 ; oxygène des bases des laitiers interposés, 190; total 100014.

Enfin, l'acier et le fer doux sont des composés presque aussi complexes que les fontes; les proportions seules sont moindres.

Quoique plusieurs des corps sus-indiquéspuissentquelquefoisexistcr en quantités presqu'impondérablcs seulement, néanmoins on doit admettre qu'ils exercent une influence souvent très-grande sur les propriétés du fer. En effet, selon Frémy (C. R., t. 52, p. 1005), des quantités impondérables de soufre introduites dans un bon fer de Suède le rendent rouverin et lui ôtent toute qualité. — En combinant 0,0001 de bismuth ou de plomb à l'or, on le rend cassant comme l'antimoine. Des traces de plomb ou d'étain modifient toutes les propriétés du mercure.

Si nous remarquons, en outre, que ces corps si nombreux peuvent intervenir un à un, deux à deux, etc., en diverses combinaisons et proportions, ou à l'état de mélange, et sous plusieurs formes allotropiques, nous comprendrons facilement qu'il doit exister une infinité d'espèces et de variétés de fer.

Dans la théorie, on considère le carbone seul, parce que ce corps est constitutif ou dominateur.

Degrés de carburation des fers. — Un fer forgé qui contient plus de 0,5 pour 100 de carbone commence à durcir par la trempe et à prendre la nature de l'acier. Il est rare que l'acier le plus dur employé pour les usages ordinaires renferme plus de 1,5 pour 100 de carbone. Toutefois, dans un acier étiré dit acier à filière, Eggertz (Dingler, t. 170, p. 352) a trouvé, 3,3 pour 100 de carbone et Bertliier (An. des Mines, 3* S., t. 19, p. 695) cite un acier de cette espèce qui contenait 5 pour 100 de ce corps. Ce dernier fait s'explique parce que l'acier

provenait de la coulée du métal immédiatement après la fusion de la fonte dans le feu d'afïïnerie au charbon de bois et que, d'après ce que l'on sait, le contenu du métal en carbone augmente durant la fusion : il suffît d'admettre que la fonte employée était riche en carbone. Dans un Spiegeleisen riche en manganèse, on a trouvé 4, S pour 100 de carbone, dans une fonte blanche par forte surcharge 2,7 de ce corps et dans un acier damassé de Zlatoust, 1 ,25 de carbone combiné et 0,68 de graphite. Selon Snelus, le contenu total de carbone ne dépasse 5 pour 100 dans aucun fer cohésif.

Dans son Traité de Chimie, article Fer, Berzelius cite deux carbures de ce métal en proportions définies, savoir le FeC^ et le Fe, C^, obtenus respectivement par la distillation du cyanure double de fer et d'ammonium et du bleu de Prusse pur. Ces carbures contiennent, par conséquent, le premier 132,88 de carbone sur 3o9,21 de fer, et le second 229 de carbone sur 678,41 de fer, soit 31 et 2S de carbone pour 100.

Stammer (Bergvi'erksfreund, 1851, n" 2S, p. 388) a trouvé que si, après avoir réduit du sesquioxyde de fer pur au moyen du gaz hydrogène dans une boule de verre, on soumet le métal poreux ainsi obtenu à l'action du gaz oxyde de carbone pur sous la plus haute température qu'on puisse produire par la lampe à esprit-de-vin à double courant d'air de Berzelius, on obtient un carbure de fer pulvérulent, noir et velouté d'autant plus riche en carbone que l'expérience a été continuée plus longtemps. Ainsi au bout de huit jours, 22,S de fer avaient absorbé 77,50 de carbone en poids. Si la température atteint le point de fusion de la fonte, on obtient un métal avec 4,05 de carbone pour 100 au lieu de 77,50. Stammer a trouvé, en outre, que le même oxyde de fer trèsporeux enlevait aussi du carbone à l'acide carbonique.

Le fer cohésif, c'est-à-dire, le fer en barres ordinaire, est loin de se comporter comme le fer très-divisé, car il décompose le gaz oxyde de carbone avec une lenteur telle que Caron (C. R., t. 59, p. 613, 726, 821, etc.) a nié la possibilité de le cémenter au moyen de ce gaz. Toutefois, si ce fer se trouve être silicé, le gaz pénètre dans ses pores et il est décomposé sur place par le silicium en abandonnant au fer son carbone qui se trouve à l'état naissant ; et si, au lieu de silicium, le fer contenait du magnésium, de l'aluminium, du calcium, ou en un mot, un métal capable de décomposer l'oxyde de carbone, il est presque certain que l'action de cet oxyde serait la même.

Les carbures de Berzelius Fed et Fe^Cs, ainsi que le carbure de Stammer à 77,5 pour 100 de carbone, exigent de nouvelles études avant qu'on puisse les admettre.

Caron a démontré que le carbure de fer de Berthier, FeC est

APPENDICE

inadmissible (Percy, Traité de mélallurgie, t. 2, p. 206). Cependant Samuel Brown (Erdmann, etc., t. 17, p. 4'92, 1839) aurait obtenu ce carbure en octaèdres incolores, brillants et très-durs par la distillation lente, dans un tube de verre effilé par l'un bout et scellé par l'autre, du sulfocyanure de fer = FeC -j- Na -j- CS^. L'existence du carbure de Calvert, FeeCi, est problématique et Tunner regarde comme du fer le carbure de Gurlt, FesC, qui se cristallise en octaèdres impurs et irréguliers.

Le Spiegeleisen de Musen, FetC, analysé par Frésénius est blanc, affecte une forme cristalline dont on n'a pu encore déterminer le système et renferme du manganèse qui en paraît être un composant essentiel. En théorie, le sousquadricarbure serait composé, sur 100, de b,12C et 94,88Fe, mais Rammelsberg (Diirre, Aphorismen ûber Giessereibetrieb, Leipzig, 1867) a fait voir qu'un Spiegeleisen bien caractérisé contenait, entr 'autres, 7 pour 100 de manganèse et seulement 3 de carbone environ.

D'après Tunner (Ding., t. 183, p. 471), les fontes blanches, le fer ordinaire et l'acier trempé seraient des solutions de fer pur dans du FeiC; et comme la fonte blanche de Vordernberg (Styrie) qui, sur 3 ou 4 pour 100 de carbone, ne renferme qu'une minime quantité de matières étrangères, principalement du silicium, se change en fonte grise et abandonne du graphite par la refonte au creuset de charbon ou d'argile suivie d'un lent refroidissement, les fontes grises et l'acier non trempés seraient des mélanges de carbone séparé à l'état de graphite et de solutions analogues aux précédentes de fer pur dans du FeiC.

Dans cette théorie, qui n'est rien moins que satisfaisante, on admet qu'il n'existe qu'un seul carbure de fer à proportions définies, ce qui n'est pas démontré ; on regarde le Spiegeleisen de Musen comme ce carbure unique, bien que l'emploi de minerais fortement manganésifères soit indispensable à sa production et qu'il contienne toujours des quantités plus ou moins grandes de manganèse; enfin, de ce que la fonte blanche de Vordernberg, refondue et refroidie lentement, se change en fonte grise, on conclut que toutes les fontes blanches se comportent de la même manière : cependant, le véritable Spiegeleisen opposerait au moins une grande résislance à cette transformation et il pourrait bien ne la subir qu'en changeant de composition.

L'existence d'un carbure de fer à proportions définies n'étant pas encore démontrée, Snelus regarde le carbone réputé combiné comme simplement dissous (occlus).

Ce métallurgiste s'est procuré du graphite pour l'analyse : 1» en le détachant au moyen d'un canif ou même par l'ongle des cristaux de

fonte grise ou noire ; 2° en extrayant par un aimant le fer de la fonte réduite en poudre fine au moyen du foret ou du pilon ; 3° en soumettant une autre partie de cette poudre au tamisage et à la Icvigation ; mais aucun de ces moyens mécaniques n'a donné du graphite parfaitement exempt de fer adhérent ou mélangé. (Ding., t. 200, p. 25).

Divers produits de la dissolution des fers dans un acide étendu. — Lorsqu'on dissout le fer ou la fonte dans un acide étendu, par exemple, dans l'acide hydrochlorique ou sulfurique dilué, on peut obtenir les produits suivants : 1° un résidu noir, charbonneux, contenant essentiellement le carbone libre du métal avec une matière organique brune, soluble dans la potasse et analogue, par ses propriétés et par sa composition, à l'acide ulmique (C^UpoQ''') ; 2° du gaz hydrogène, mélangé de gaz hydrogène silicié et de gaz hydrogène plus ou moins carboné ; 3° une matière huileuse (Ding., t. 167), exhalant une odeur infecte et dont l'une partie est entraînée par les gaz et graisse les tubes de l'appareil, tandis que l'autre reste mêlée au résidu noir, et y adhère fortement, mais duquel on peut l'extraire au moyen de l'alcool. Suivant Schroetter, on peut séparer complètement l'Iiuile volatile du gaz hydrogène qu'elle accompagne au moyen de l'acide sulfurique du commerce. Tant que l'acide n'en n'est pas sature, le gaz hydrogène ainsi purifié est absolument sans odeur. On reconnaît que l'acide est à peu près saturé à la couleur de brome qu'il prend. Lorsqu'on ajoute de l'eau à l'acide, l'huile s'en sépare. Elle a toutes les propriétés du pétrole et se compose, comme celui-ci, d'hydrogène et de carbone unis dans le même rapport que dans l'hydrogène protocarboné. — Suivant Woehler, l'odeur fétide du gaz hydrogène qui se dégage du fer par la dissolution au moyen d'un acide étendu tient presque exclusivement à la présence de l'hydrogène silicié, que, du reste, selon Calvert, tous les acides développent, l'eau régale exceptée ; un sel ammoniacal dissous dans la liqueur et formé au moyen de l'azote du fer; mais l'amoniaque de ce sel ne renferme pas la totalité de l'azote, une autre partie (i/i ou plus) de ce corps reste combinée dans le résidu charbonneux dont la composition paraît être plus compliquée que nous ne l'avons admis plus haut, d'après les indications de Berzelius, et dont on peut dégager cet azote à l'état d'ammoniaque en chaufl^ant le résidu avec de la chaux sodée; S° le fer, le calcium, le potassium, le manganèse, le cobalt, le nickel et une partie du titane passent dans la liqueur; le résidu contient de l'arséniure de fer, du phosphure de fer, du silicium, un peu du protoxyde de silicium découvert par Woehler, du vanadium, du titane, du molybdène, etc. Le soufre, s'il existe dans le fer, se dégage avec les gaz, à l'état d'hydrogène sulfuré.

APPENDICE

— Nous faisons abstraction ici de tous ces corps divers, pour simplifier la question qui, déjà par elle-même, n'est que trop compliquée. Négligeons aussi l'azote et opérons, par hypothèse, sur un métal uniquement formé de fer et de carbone.

Suivant Mène (Comptes rendus, février 1869), lorsqu'on dissout de la fonte dans un acide (l'acide sulfurique, nitrique, hydrochlorique, chloronitrique), il se forme toujours un carbure d'hydrogène gazeux, ensuite un carbone (qui, souvent, se transforme en paillettes micacées) noir mêlé de parties jaunes; ce charbon qui devient très-visible par la dessication, est de l'acide graphitique. En outre, il se produit souvent une telle quantité d'hydrates de carbone solubles dans la liqueur, qu'il devient ensuite impossible de déterminer le fer au moyen d'une dissolution titrée de surmanganate de potasse, comme on le fait quelquefois, car alors ce sel est décomposé en quantités anormales. Par conséquent, il est absolument nécessaire, dans ces sortes d'analyses, de détruire toute substance organique par la ealcination au rouge, avant la détermination du fer par le surmanganate de potasse.

Dosage du carbone. — Méthode ordinaire. ■ — ■ Le carbone peut exister dans le fer : l" à l'état combiné; 2" en partie à l'état mélangé ou de graphite, en partie à l'état de combinaison. Voici la manière ordinaire d'opérer le dosage dont il s'agit : on emploie 5 grammes de métal. Après avoir introduit celui-ci, à l'état de division convenable, au fond d'un verre à pied et avoir rempli à peu près le verre d'eau distillée, on verse du brome, qui traverse l'eau plus légère et réagit immédiatement sur le fer avec production d'une effervescence assez sensible. Tous les jours on agite une fois les matières avec une baguette de verre, en évitant que l'eau n'arrive en contact avec le métal, et pendant le repos, on maintient le vase couvert d'une plaque de verre. Lorsqu'en agitant les matières avec la baguette de verre, on ne provoque plus d'effervescence, on ajoute une nouvelle quantité de brome, et l'on continue ainsi jusqu'à ce que, après une nouvelle addition de ce corps, l'agitation avec la baguette de verre ne produise plus de grincement, c'est-à-dire jusqu'à ce que le fer soit dissous. L'opération exige 10 à 15 jours de temps, suivant que la fonte est grise ou blanche. On fait chaque fois et simultanément deux analyses, dont l'une sert à contrôler l'autre. La quantité totale de brome consommé coûte 3 fr. au maximum. L'emploi du brome permet de doser le carbone à moins de 0,05 pour 100 près et n'exige pas autant de précautions qu'il n'en faut avec l'iode, dont on s'était servi autrefois. Indépendamment du carbone de la fonte, on obtient de la silice et le carbone du filtre qui a été dosé à part. On incinère la matière charbonneuse pour défalquer la silice.

La quantité de graphite peut s'obtenir en traitant 2 grammes du fer en morceaux par 13 CC. d'acide hydrochlorique de 1,12 de densité, dans une cornue, à l'abri de l'air et à une température aussi élevée que possible sans que le liquide soit chassé de l'appareil. On peut se servir aussi dans ce but de l'acide nitrique, comme nous l'indiquerons plus loin.

Méthode d'Eggertz. — La méthode d'analyse ordinaire est longue et délicate. On n'y peut recourir que par de rares intervalles dans un laboratoire d'usine. Il faut une méthode expéditive et pourtant sûre. Celle de M. Eggertz remplit ces conditions. Elle repose sur le principe suivant : lorsqu'on traite un fer carburé par de l'acide nitrique, légèrement étendu et chaud, le carbone combiné se transforme en un produit organique fortement coloré, tandis que le graphite n'est pas attaqué. En diluant la liqueur, on peut l'amener à la force d'une dissolution normale, provenant d'un acier de composition connue, et conclure alors de son volume la teneur en carbone du métal essayé. Voici de quelle manière on travaille :

On dissout deux échantillons a et 6 de la même poudre d'acier pesant chacun 0s'',2 dans des éprouvettes contenant environ 20 centimètres cubes d'acide nitrique d'une densité de 1,2. La solution est maintenue à la température de 80° C. au bain-marie pendant quatre heures; elle prend alors une teinte jaune-brunàtre qu'il s'agit de comparer avec une liqueur titrée, obtenue dans les mêmes conditions sur 0^','2 de deux aciers A el B d'une teneur connue, par exemple, l'un à 0,61 et l'autre à 0,63 pour 100 de carbone.

Pour comparer les solutions A, B, a et b, on y ajoute, dans les éprouvettes, des quantités d'eau distillée telles que les quatre solutions présentent exactement la même coloration, et on mesure les volumes des liqueurs ainsi obtenues. Supposons que l'on trouve, par exemple, a = 142 ce, b = iU CC, A = 2S2 CC. et B = 260 CC.

L'expérience ayant prouvé que l'intensité de la coloration est proportionnelle à la teneur en carbone, on trouve les teneurs des échantillons a et 6 par des proportions qui donnent a = 142.61 : 2S2 = 34,35 ; b = 144.63 : 260 = 34,90 ; moyenne 34,61.

Par conséquent, l'acier essayé contient 0,346 de carbone.

Pour obtenir des résultats concordants, quelques précautions sont nécessaires. La nuance pâlit, si on chauffe la dissolution pendant deux ou trois heures à plus de 80», et la teinte devient un peu trop foncée, lorsque l'attaque se fait au-dessous de 80° Les teintes pâlissent aussi un peu au bout de quelques jours. Il faut par conséquent comparer les nuances le jour même de l'attaque, et renouveler souvent la dissolution

APPENDICE

normale, ce qui n'est pas difficile, puisqu'on peut faire simultanément plusieurs essais. Il faut seulement avoir à sa disposition un acier type dont on a rigoureusement déterminé le titre par le procédé ordinaire.

La méthode d'Eggertz ne donne que le carbone combiné ; mais cela suffît le plus souvent. Si cependant on voulait doser le graphite, il faudrait opérer sur S à 10 gr. du fer et poursuivre l'opération jusqu'à cessation complète de tout dégagement de gaz. Il resterait de la silice avec le graphite.

Théorie de Rinman (Ding., 1867). — L'acier trempé exempt de parties non trempées ne laisse point de résidu charbonneux sous le traitement par l'acide liydrochlorique ou l'acide sulfurique dilué à froid ou à chaud, avec ou sans la présence de l'air.

Lorsqu'on traite l'acier non trempé par l'un ou l'autre des mêmes acides à la température la plus élevée possible et passablement à l'abri de l'air, il ne laisse pas non plus de résidu charbonneux. Pendant la dissolution à chaud de cet acier, on remarque dans la liqueur une grande quantité de charbon très-divisé et suspendu qu'une ébullition prolongée fait de nouveau disparaître, et c'est là la différence essentielle entre ce charbon et le graphite. Toutefois, si la liqueur n'est pas chauffée dès le commmencement de la dissolution ou en temps convenable, il s'en sépare du charbon dépourvu de la propriété de disparaître sous une ébullition ultérieure.

La quantité de charbon que donne l'acier non trempé en se dissolvant lentement et sans beaucoup de chaleur, dépend en partie du temps employé pour la dissolution, en partie du temps consacré au recuit de l'acier trempé. 1 gr. d'acier non trempé en morceaux a donné par la dissolution à une douce chaleur pendant 48 heures, 0,9 pour 100 de résidu. Ce charbon, pris souvent pour du graphite, est le carbure de fer que Karsten avait appelé polycarbure. Rinman l'appelle charbon de cément (Caementkolile), tandis qu'il donne au charbon de l'acier trempé le nom de charbon de trempe (Haertungskohle). .

On voit que, lors de la dissolution d'un fer dans l'acide hydrochlorique ou sulfurique dilué, le charbon se sépare sous trois formes, savoir : celle de graphite (de la fonte grise), celle de carbone de cément (de l'acier et de la fonte non trempés) et celle d'hydrogène carboné (de l'acier et de la fonte trempés). Les trois espèces de charbon coexistent dans la fonte non trempée. On trouve le graphite par une dissolution rapide, à la plus haute température possible, le charbon de cément par une dissolution lente, et les charbons de cément et de trempe réunis par le brome. Dans un acier de cémentation non trempé, on a trouvé 0,52 de carbone de trempe et 0,9 de carbone de cément.

Reste à déterminer le rôle des autres matières, telles que le manganèse, le silicium, le soufre et le phosphore, dont la fonte est rarement exempte et dont la quantité, y compris le carhone, varie dans la plupart des fontes de S à 8 pour 100, s'élève rarement à 12, mais peut atteindre et dépasser, avec une forte proportion de manganèse, 20 pour 100. Les corps électro-positifs, tels que le manganèse, qui existe fréquemment, et l'aluminium, le calcium, le magnésium, etc., dont la présence est plus rare, remplacent le fer, de sorte que le manganèse, par exemple, doit donner lieu, comme l'expérience le confirme, à une augmentation de la richesse en carbone. Le silicium remplace une partie du carbone, ainsi que Gurlt Ta démontré, et l'on admet par hypothèse que les autres corps électro-négatifs, tels que le soufre et le phosphore, se comportent de la même manière. (Voir Acier Bessemer).

Théorie basée sur la forme cristalline (Cristallisationstheorie) par Rammelsber g (Erdmann, t. 89; Ding., t. 124, etc.). On a cru pendant longtemps que la différence entre la fonte blanche et la fonte grise consistait en ce que la fonte grise contenait du graphite mélangé, tandis que la fonte blanche était une combinaison parfaite de fer et de carbone. Cependant des expériences postérieures, entr'autres de Bromeis, ont établi que les fontes blanches, même celles dites lamelleuses, contiennent du carbone mélangé, souvent en quantité notable. On a constaté, en outre, que la proportion de carbone dans toutes les fontes blanches, aussi bien que dans les fontes grises, pouvait varier dans des limites assez larges et telles qu'il est impossible de regarder ces corps comme des composés à proportions définies de fer et de carbone.

La fonte blanche et la fonte grise se composent de carbure, de silieiure et de phosphure de fer avec du graphite mélangé, et les proportions de ces composants sont variables, sans qu'il résulte de ces variations aucun changement dans la forme cristalline des composés. De là on conclut que les corps qui constituent les fontes sont isomorphes.

Le fer malléable cristallise dans le système régulier ou tesseral, parce que tous les métaux malléables cristallisent dans ce système, et il en est de même du carbone, du silicium, du phosphore, de la fonte grise et de ses composants binaires. Les fontes blanches, notamment le Spiegeleisen, cristallisent dans le système prismatique ou en rhomboèdres, car elles appartiennent à la classe des métaux cassants qui, tous, affectent cette forme. Or, l'hétéromorphie étant une propriété générale des corps élémentaires, le fer, le carbone, le silicium, etc., peuvent aussi cristalliser dans le système prismatique, à l'instar de la fonte blanche et des mêmes composants binaires que ceux de la fonte

APPENDICE

grise. On peut donc se rendre facilement compte et de la composition variable des fers crus et des propriétés différentes que ces fers nous offrent dans leurs deux états, les fontes n'étant que des mélanges de corps isomorphes, généralement binaires, et les différences entre leurs deux états résultant de Thétéromorphie de leurs composants isomorphes.

Wôhler (Ànnaleti der Chemie und Pharm. , Bd. 41, S. 158) a déjà établi en principe que tout corps dimorphe a deux points de fusion.

L'acier serait un alliage de fer tesseral et de fer rhomboédrique, et les effets de la trempe s'expliqueraient par la prépondérance du fer rhomboédrique dans l'acier trempé et du fer tesseral dans l'acier non trempé.

Autres théories. — Indépendamment des théories exposées plus haut, nous connaissons celle de Cizancourt appelée théorie allotropique (Jahr.

B. 1865, p. U ; C. R. t. 60, p. 925, et monit. se. 1865, p. 964) ; celle de Minary et Résal (Sauerstofftheorie, Ding. t. 135, p. 352, et

C. R. 1862, t. 54, p. 212); celle de Frémy (Stickstofftheorie), etc. Fonte malléable. — Suivant Wedding (Ding., t. 174, p. 162),

la fonte ne doit contenir que du carbone combiné ; elle doit par conséquent être blanche ; le mieux c'est de la fabriquer en mêlant de la fonte grise avec de la fonte blanche ; elle doit être parfaitement exempte de manganèse et aussi exempte que possible de silicium, de phosphore et de soufre. Le meilleur cément pour la décarburation est le fer oxydé rouge exempt de quartz et d'une consistance friable. On soumet les pièces en fonte avec ce cément, dans des vases en fer, à une chaleur faible, mais soutenue de deux à trois semaines.

Cette méthode convient pour les pièces qui doivent présenter des arêtes vives et qu'on ne peut soumettre à un travail ultérieur. Si les pièces n'ont pas besoin d'arêtes vives ou si on peut les élaborer ultérieurement, il vaut mieux les fabriquer en faisant fondre ensemble du fer cru et du fer en barres.

31. Décomposition de l'eau par le fer. — -Suivant Golfier-Besseyre (Ann. de chim. et de phys. XXXII, 428), l'acide carbonique décompose l'eau en présence du fer, et donne lieu à la formation d'un sel ferreux, qui reste dissous dans l'eau aussi longtemps qu'il y a un excès d'acide carbonique et que l'accès de l'air se trouve interdit. Aussitôt qu'on chasse l'acide carbonique en excès, le fer se précipite en formant un dépôt blanc, et si l'on opère en vase ouvert, le dépôt se transforme en un mélange de carbonate ferreux et d'oxyde ferrique.

35. États passif et actif du fer — W. Heldt (J. d'Erdmann, t. 90, 5" cah., p. 257) a fait voir que les états dits passif et actif du fer et

d'autres métaux n'existent pas, qu'une fausse interprétation et quelquefois aussi une observation incomplète ou inexacte des faits ont seules pu conduire à admettre ces états, et que les phénomènes attribués à la passivité du fer tiennent, en général, à l'insolubilité du nitrate ferrique dans l'acide nitrique concentré, de même que nous voyons le zinc, qui se dissout si facilement dans l'acide sulfurique dilué, résister à l'action de cet acide concentré, parce que le sulfate de zinc produit, ne pouvant se dissoudre, forme à la surface du métal un enduit imperméable.

e) COMBINAISONS DU FEH.

51. Fer et hydrogène. — Dans le fer météorique de Lenarto, remarquable par sa pureté et sa malléabilité, d'une densité de 7,79 et composé de Fe, 90,883 ; Ni, 8,450; Co, 0,665; Cu, 0,002, F. Graham (C. R., t. 64., 1867, p. 1067) a trouvé, à l'état d'occlusion, 2,85 fois le volume de l'échantillon, d'un gaz, dont près des 0,86 étaient de l'hydrogène et 4,5 de l'oxyde de carbone. Le gaz absorbé par le fer (clous de fer à cheval) dans un feu de charbon est très-différent et se compose en très-grande partie d'oxyde de carbone. En effet un fer pareil a fourni 2,66 de son volume de gaz composé de 35 à 21 pour 100 d'hydrogène, 50,3 à 58 d'oxyde de carbone, 7,7 à 0 d'acide carbonique et 7 d'azote;

Il n'est pas impossible que le contenu d'hydrogène influe sur la malléabilité du fer de Lenarto. Les minerais réduits par le gaz hydrogène donnent aussi des fers très-malIéablcs. On sait encore que les fers obtenus au charbon de bois et au moyen de fontes au bois sont plus malléables que les fers provenant de fontes au coke affinées d'après la méthode anglaise. Les premiers renferment de l'hydrogène, les derniers de l'azote à l'état d'occlusion.

Moyen de faciliter la dissolution de certains fers. — Une des grandes difficultés que présente l'analyse de certains fers crus consiste dans la lenteur avec laquelle ils sont attaqués par les acides. La dissolution se fait aisément par l'acide nitrique de 1,2 de densité ou par l'eau régale, mais ces agents attaquent aussi le carbone. Cette difficulté se trouve vaincue par le procédé ingénieux suivant inventé par Weyl (Ding., t. 163, p. 120) : 5 ou 6 grammes du fer, en un morceau, sont mis, dans l'acide hydrochlorique, en communication avec l'électrode positive d'un élément de Bunsen. En quelques heures de temps, le fer se dissout et le carbone reste sous la forme du morceau de métal employé. L'hydrogène se dégage au pôle négatif de la pile et il se produit du protochlorure de fer. Si le courant galvanique était trop fort, on

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722 APPENDICE

obtiendrait du perchlorure de fer reconnaissable à la couleur jaune qu'il communique à la liqueur, et dans ce cas il est possible qu'il se forme une combinaison de chlore avec du carbone déjà séparé.

51. Fer et azote. — H. L. Buff (An. der Cbemie und Pharmacie, t. 85, p. 37S) conclut de ses expériences que la quantité d'azote absorbe par le fer au moyen de la calcination dans une atmosphère de gaz ammoniac dépend de la proportion de carbone qu'il contient. Un fil de fer absorba jusqu'à 6 pour cent environ d'azote et par ce moyen sa pesanteur spécifique descendit de 7,416 à 7,14S. De l'oxyde de fer obtenu par précipitation se réduisit dans un courant de gaz ammoniac et le fer ainsi préparé ne retenait que 0,079 pour 100 d'azote. Le même oxyde de fer, calciné dans un courant de gaz oxyde de carbone, se combina avec 1,8 pour 100 de carbone, et le carbure de fer obtenu, qui avait une couleur noir-intense, absorba, dans une atmosphère de gaz ammoniac, 1,139 pour 100 d'azote, en prenant une couleur blanc-gris.

Graham Stuart et Wm. Baker (Journal de l'académie des sciences chimiques, 1868) ont fait une série d'expériences dans le but de jeter un jour nouveau sur la question controversée : l'azote est-il un principe constituant de l'acier? et en cas d'affirmative, pour déterminer la proportion de ce corps qui influe sur la qualité de l'acier. A cet effet, ils ont renouvelé les expériences de Frémy, afin de déterminer le contenu d'azote de l'acier fondu, de l'acier anglais en blettes de la marque bien connue J3 surmonté d'une couronne, et de l'acier Bessemer.

La marche des opérations a été conservée, mais on a modifié considérablement l'appareil, afin d'obtenir des résultats plus exacts.

On a opéré de la manière suivante : on a conduit un courant de gaz hydrogène plus ou moins fort sur l'acier ou sur le métal à éprouver; le gaz a passé ensuite dans l'appareil de 'Will, où l'ammoniaque formée a été absorbée par de l'acide sulfurique convenablement dilué ; enfin on a déterminé la quantité de cette ammoniaque par l'analyse volumétrique.

Au commencement de l'expérience, ils ont laissé fonctionner l'appareil à gaz hydrogène pendant quelque temps seul afin de priver le courant de l'azote qui pouvait se trouver dans le gazomètre ou dans les tubes de l'appareil. Celui-ci était composé des parties suivantes: 1° solution de potasse ; 2° tube à pierre ponce imbibée d'acide sulfurique ; 5» tube en U avec du chlorure de calcium; 4° tube d'analyse; 5° tube de Will avec l'acide dilué.

L'acier employé dans toutes ces expériences était sous la forme de poudre (passée au tamis de mousseline), de limaille, de grains ou de lames fines.

Le gaz a traversé l'appareil avec une vitesse de SO à ISO bulles par minute.

Le tableau suivant, qui donne les résultats de huit expériences, fait voir que les différents aciers, le n° 2 seul excepté, ont donné de l'azote en quantités qui variaient de 0,007 à 0,068 pour 100.

NOS Diis EXPÉRIENCES.