Étude micrographique et mécanique des aciers au nickel

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Submitted on 1 Jan 1903

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Étude micrographique et mécanique des aciers au nickel

Léon Guillet

To cite this version:

Léon Guillet. Étude micrographique et mécanique des aciers au nickel. J. Phys. Theor. Appl., 1903,

2 (1), pp.728-746. �10.1051/jphystap:019030020072800�. �jpa-00240825�

ÉTUDE MICROGRAPHIQUE ^ET MÉCANIQUE DES ACIERS AU NICKEL ;

Par M. LÉON GUILLET (1).

-Différentes formes allotropiques ^du fer.

Après ^{les travaux de}

M. Osmond, ^on admet généralement que le fer peut ^{exister sous trois}

états désignés par les lettres ^et y. Les trois états de change-

ment sont caractérisés _par des dégagements de chaleur au refroidis- sement, _{par la} perte ^de magnétisme, par les variations de la résis- tance électrique qu’éprouve ^{le fer à} différentes températures.

Le fer

est magnétique ^{et il ne} dissout pas le carbone.

Le fer ~ ^{est non} magnétique ^{et ne} dissout pas le carbone.

Le fer y est ^non magnétique ^et dissout le carbone.

De plus, d’après ^M. Osmond, lorsqu’on obtient, ^dans des circons- tances que ^nous allons voir, ^{le fer} y, ^et lorsque ^{ce fer} y ^a commencé à se transformer, ^{il est} impossible d’empêcher ^cette transformation de se continuer, ^{de telle sorte} que le fer ~ n’a pu être isolé sans fer

et que, partant, ^{un acier ne} peut ^{et ne} doit ^{être non} magnétique que s’il est formé de fer _y.

Un autre point ^très important ^{est la} combinaison que ^le fer peut donner avec le carbone. Le carbure de fer nommé cémentite a pour- formule Fe3C et a pu ^être obtenu par différents moyens. On a pu notamment l’isoler des aciers recuits, ^ce que l’on ^ne peut ^{faire avec}

des aciers trempés.

Ce carbure a la propriété ^{de se dissocier à environ ’700°.}

De telle sorte qu’au-dessus ^{de cette} température le carbone est dilué dans la _masse, tandis qu’au-dessous ^{il est combiné.}

M. Osmond a appelé: A, ^la température ^à laquelle ^{le fer}

^{se trans-}

forme en fer ~ (750° ^{dans le fer} pur) ;

A3, ^la température ^à laquelle ^le fer ~ ^se transforme en fer _y

(850° dans le fer pur).

Empressons-nous d’ajouter que, d’après ^{les travaux} de l{oberts- Austen et de M. P. Curie, ^{le fer} pourrait ^{exister sous un nouvel état}

au-dessus de 1300°.

Diférenls constituants des aciers.

Avec NI. Osmond on admet : La ferrite ^ou fer pur, qui apparaît ^en grains polygonaux ^dans

_- - - _ -- - -

(1) Communication faite à la Société française ^de Physique : ^{Séance du}

i er mai 1903.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019030020072800

729

les aciers doux sous l’influence de l’acide azotique, ^{de l’acide} picrique, ^{etc. ;}

La cémentite ou carbure de fer Fe3C, composé ^{très dur} qui ^n’est

pas coloré par l’acide azotique ^{ou l’acide} picrique, ^{mais est fortement}

coloré par le picrate ^de soude (1) ;

La perlite, qui ^est l’eutectique : ^{ferrite et} cémentite. Elle est donc formée de lamelles alternantes de ferrite et de cémentite. Elle est

colorée en noir par l’acide picrique, ^etc...

Les aciers recuits sont constitués de ferrite et perlite, quand ^ils

contiennent moins de 0,900 ~; 0 ^de carbone ; ^de perlite ^{et de} cérnentite, lorsqu’ils renferment plus ^{de 0,900} 0/0 ^de carbone ;

La martensite, constituant formé d’aiguilles ^{très fines} dirigées ^slli-

vant trois directions. C’est le constituant qui caractérise une bonne

trempe ;

La troostite, composé qui ^se présente lorsqu’on trempe ^{l’acier à}

une température ^un peu trop basse, ^{ou dans un bain moins} actif que l’eau froide (1-huile par exemple) ;

L’ausienite, qui ne ^se produit que lorsqu’on exagère ^{toutes les con-}

ditions qui augmentent la dureté de la trempe. Il faut avoir un acier

assez carburé (au ^{moins 1,1} 0/0 ^de carbone), le chauffer à 1000° et

le tremper ^{dans un bain} qui ^{soit à une} température inférieure à 0°.

L’austenite n’est jamais pure ;

Enfin la sorbite, qui ^se produit ^surtout dans le recuit de l’acier,

et qui ^{n’est en somme} que de ^la perlite ^{dont on ne} distingue pas les éléments au microscope.

1.

RECHERCHES SUR LES ACIERS AU NICKEL.

On sait depuis ^les recherches de M. Osmond que le nickel abaisse les points ^de transformation.

Si l’on considère des aciers contenant très peu de carbone ^{et dans}

lesquels ^{le nickel va en} croissant de 0 à 30 0/0, ^{et si l’on} prend ^le point de transformation magnétique, ^{on obtient la courbe} ci-après

proportions ^en nickel; oy, températures).

Ces courbes divisent les aciers en deux catégories, ^les aciers irré-

versibles et les aciers réversibles (1B1. Guillaume).

Pour les aciers irréversibles, ^il y ^{a un} écart très grand ^{entre le}

(1) Ivgewski, travail exécuté au laboratoire de à. Le Chatelier.

point de transformation à l’échauffement et le point de transforma- tion au refroidissement, tandis que cet écart n’est plus ^{que de 10°}

pour les aciers réversibles.

Fic.. 1 -

Le maximum est obtenu dans la seconde partie ^{de la} courbe pour environ 70 0/0 ^{de nickel.}

MICROGRAPHIE DES ACIERS AU NICKEL.

La microstructure des aciers au nickel a déjà donné lieu à quelques ^{travaux de la} part ^de M. Osmond.

L’un des mémoires _y ayant ^{trait a été} publié, en janvier 1900,

dans les Annales des Mines. M. Osmond, y étudiant la cristallo-

graphie ^du fer, rappelle que certains aciers ^au nickel, ^n’étant pas

magnétiques, doivent contenir le fer à l’état _{y et} le nickel à l’état (3.

Il étudie, ^{en vue de trouver la structure du fer} y, la micrographie ^de

ces aciers et note la microstructure polyédrique.

Dans un second mémoire (1) ^{dont nous n’avons eu} connaissance

qu’à ^{la fin de notre} travail, M. Osmond est beaucoup plus explicite

et divise les alliages ^{de fer et de nickel en} trois groupes : le pre-

mier, ^{semblable aux aciers au carbone} ordinaires; ^le second, ^{à struc-}

ture martensitique ; ^le troisième, ^{à structure} polyédrique.

(l) Bulletin de la Société des Ingénieurs ^{civils de} Londres, ^f899.

731 Le hasard nous a amené à étudier cette question d’une manière très complète.

Les aciéries J acob-Holtzer nous fournirent trois séries d’aciers au

nickel d’une pureté remarquable : ^{l’une à} 0,120 ^de carbone, ^{l’autre à} 0,250 environ, la troisième à 0,800 ^{environ. Dans} chaque ^{série, la}

teneur en nickel allait en croissant de 0 à 30 0/0.

°

Pour des teneurs plus élevées, ^{nous eÙmes recours à} des aciers

fabriqués ^à Inlphy ^{et mis} gracieusement ^{à notre} disposition par la Direction générale ^de Conlmentry-Fourchambault. ^Nous pûmes ^exa-

miner ainsi des aciers

si l’on peut ^encore employer ^{ce terme -}

renfermant jusqu’à ⁹² 0/0 ^{de nickel.}

Pour rendre plus ^clair l’exposé ^{de ce} travail, ^{nous en} indique-

rons les résultats dans l’ordre suivant :

1° Microstructure des aciers bruts.

Voyons, successivement,

les résultats obtenus avec les trois séries d’aciers au nickel que ^nous

avons étudiées.

a) Série : Aciers à 0,120 de carbone.

Les aciers à 2,5 ^{et 7} 0/0

de nickel ont même structure que les aciers ^au carbone ordinaires.

Mais la perlite est plus déliée que dans les aciers ordinaires ^{à même} teneur de carbone ; elle semble même croître avec la teneur en

nickelé) (li g, 1.).

Dans l’acier à 10 0/0, ^{nous notons un} changernent ^de structure :

on voit apparaître ^{la structure} martensitique, caractérisée par trois directions. Mais il _y a toujours ^des plages ^blanches qui ^{sont for-}

mées de fer

Dans l’acier à 12 0/0 (fig. 2), ^les plages blanches n’existent presque

plus, la martensite est sensiblement pure ; il ^{en est} de _{même pour} l’acier à 15 et 20 0/0.

L’acier à 25 0/0 contient des plages ^{blanches très} importantes.

C’est assurément le fer _y qui apparaît.

(1) ^{Voir les} figures placées à la fin de cet article, p. 747-749. Toutes les micro-

graphies ^données correspondent, à moins d’indications contraires,

grossisse-

ment de 300 diamètres.

Puis, ^{à 27} 0/0, ^{la structure devient} polyédrique.

Avec les aciers contenant plus ^{de 27} 0/0 ^{de nickel} 3), ^{on ob-}

tient toujours ^{cette structure} polyédrique. ^{Mais, au fur et à mesure}

que la dose de nickel augmente, ^on obtient des cristaux ^en quelque

sorte plus déliés. Tandis qu’avec les aciers contenant 27 et 30 0/0 ^de

nickel les grains ^{se colorent} aisément, ^à partir ^{de 35} 0/0 ^{ils ne se}

colorent plus. ^Le temps d’attaque nécessaire augmente ^très rapi-

dement avec la teneur en nickel. Pour les très liautes teneurs, il faut plusieurs ^heures.

De plus, ^à l’intérieur des polyèdres, ^on remarque de ^{très nom-} breuses stries qui ^semblent indiquer ^des plans ^de clivage.

En résumé, pour ^cette première ^{série, on trouve} les trois groupes suivants :

1° Groupe ^{de 0 à 10} 0/0 nickel: aciers semblables aux aciers au carbone;

2° Groupe ^{de 10 à 27} 0; 0 nickel : aciers à structure martensitique ;

3° Groupe ^{aciers contenant} plus ^{de 27} 0/0 ^{nickel : aciers à structure} po-

lyédrique.

De plus, le deuxième groupe doit subir les subdivisions sui- van tes :

De ~.0 à 12 0/0 ^{nickel :} aciers formés de fer « et de martensite ;

De 12 à 20 0/0 nickel : aciers de martensite sensiblement pure ; De 20 à 27 Ol0 ^{nickel : aciers formes de} martensite et de fer _y.

b) ,S’érie : Aciers à 0,250 de carbone.

De 0 à 7 0/0 ^de nickel, ^la

structure est la même que pour les aciers ^au carbone ; ^{les re-}

marques que nous avons déjà ^{faites au} sujet ^{de la} perlite paraissent

se confirmer ici.

A 7 0/0, ^{on semble} apercevoir ^un peu de martensite.

A 10 0/0, ^{elle est en} quantité ^notable.

A 12 et 15 0/0, ^{elle est en telle} quantité ^{et tellement fine} qu’il

nous a été impossible d’en faire un cliché qui puisse donner idée de la microstructure.

A 20 0/0, il y ^a de larges plages ^blanches.

A 25 0/0, ^{on ne voit} plus que des polyèdres, plus quelques ^cris-

taux en fer de lance dont nous expliquerons plus ^{loin la} provenance.

Au delà de la teneur de 25 0/0, ^{on a} toujours ^{la même constitu-}

tion polyédrique.

Ici on a donc encore trois groupies :

733 lo Groupe ^{de 0 à 7} 0/0 ^{nickel : aciers} semblables aux aciersau carbone ;

10 Groupe ^{de 7 à 25} 0/0 nickel : aciers à structure martensitique ;

3- Groupe ^de plus ^{de 25} 0/0 nickel : aciers à structure polyédrique.

Comme dans la première série, ^le deuxième groupe ^se subdivise ainsi :

De 7 à 10 0/0 : aciers formés de fer

et de martensite ;

De 10 à 1:j 0/0 : aciers formés de martensite pure ; De i5 à 25 0iU : aciers formés de martensite et de fer _y.

c) ^{Se’rie : Aciers à} 0,800 de carbone.

De 0 à 5 0/0 de nickel, ^on

note la même structure que pour les aciers ^au carbone (fig. 4).

A 5 0/0, ^{il semble} y avoir ^un commencement de transformation.

A 7 0/0, ^{on obtient de la} martensite et du fer oc (fig. 5j.

La martensite pure doit ^se présenter ^{entre 8 et 10} 0/0.

A 10 0/0, il y ^a de la martensite + ^{du fer} y.

A 12 0/0, ^les plages ^blanches augmentent 6). ^{On a la même} image que celle obtenue ^en trempant ^{à 10500 dans un} mélange ^réfri- gérant ^{à - 10° de l’acier à 1,40 de carbone.}

A 15 0/°, ^il y ^a transformation de la structure, ^{on ne} voit plus que des polyèdres. Parfois, ^au milieu de ces polyèdres, ^{on trouve des}

fers de lance.

Au delà de 15 0/0 ^de nickel, ^la structure est toujours polyédrique 7). ^Les polyèdres ^montrent parfois ^des plans ^de clivage ^extrê--

mement accentués.

Le tableau suivant résume les caractéristiques micrographiques

des aciers au nickel suivant leur teneur en carbone ; ^{ils rentrent} toujours dans les classes suivantes :

La deuxième classe doit être subdivisée ainsi qu’il

^été indiqué.

En résumé, les résultats obtenus, ^{en observant la} microstructure des aciers au nickel bruts de forge, ^{sont les suivants :}

i 0 Tous ces aciers peuvent ^{être divisés en trois} classes, ainsi que le montre le tableau précédent;

2° Plus la somme carbone et nickel est grande, plus ^{la teneur en}

nickel _pour laquelle la microstructure change ^est faible ;

3° Dans chaque série, ^le premier ^{acier de structure} polyédrique

est non magnétique.

En _somme, l’étude micrographique des aciers bruts de forge ^donne

la vérification de l’importante loi établie par M. Osmond qui ^donne l’équivalence du carbone de trempe, ^du nickel, ^du manganèse, ^etc.

Les aciers très riches en nickel sont tous polyédriques 8~ .

2° Microstructure des aciers au nickel trempés.

Les résultats obtenus sont d’une netteté remarquable. Reportons-nous ^{aux classes}

que nous avons indiquées ^{tout à} l’heure pour les aciers ^{bruts de}

forge.

Les aciers de la première classe subissent les mêmes transforma- tions que les aciers ^au carbone. On voit se former de la martensite et des réseaux de ferrite.

Pour les aciers de la deuxième classe, ^il y ^{a une} tendance à la for- mation de la structure polyédrique, ainsi que le ^montre la micro-

graphie de l’acier à 0,120 de carbone et 25 0/0 de nickel trempé ^à

780". Il semble donc qu’une partie du fer passe ^à l’état y (flg. 9).

Examinons maintenant les aciers de la troisième classe : M. Dumas

a montré que certains aciers ^non magnétiques ^{ou très} peu magné- tiques ^{à la} température ordinaire deviennent magnétiques après trempe. ^Nous pensions donc que la trempe ^{amènerait une transfor-} mation complète de la microstructure.

Ceci est exact : si l’on trempe ^{à une} température supérieure ^au point de transformation à réchauffement des aciers qui, ^dans chaque série, présentent ^les premiers ^{la structure} polyédrique, ^{on voit} apparaître des cristaux en fer de lance qui rappellent ^{ceux obtenus}

par ^une trempe vive dans les aciers au carbone et qui ^{voisinent tou-} jours ^avec l’austenite. Mais ces cristaux apparaissent ^{en blanc.}

Pour les autres aciers plus ^{riches en} nickel, ^la _trempe ^n’a plus

aucune influence sensible sur le point de transformation. La struc- ture reste toujours polyédrique ; mais les cristaux semblent plus

déliés.

Le tableau suivant résume les effets de la trempe ^sur les différents

aciers au nickel :

735

Enfin, pour terminer, ^nous ajouterons que nous avons trempé ^les

aciers à structure martensitique ^en opérant dans les conditions sui- vant lesquelles ^on obtient, ^avec les aciers au carbone, l’austenite

mélangée de hardenite.

Nous avons obtenu alors des polyèdres remplis ^de martensite; ^il

semble donc, ^ce qui est, d’ailleurs, bien conforme à ce que l’on pou- vait prévoir, qu’une partie ^du fer passe ^à l’état _y.

Nous verrons plus ^{loin comment doit être} interprétée ^{la transfor-}

mation amenée dans les aciers à structure polyédrique par ^la trempe.

3° Microstructure des aciers recuits.

Nous avons examiné l’in- fluence que pouvait jouer ^{le recuit sur la} microstructure des aciers

au nickel dans plusieurs ^séries d’expériences. ^{Dans la} première, ^tous

les échantillons ont été portés ^dans

^{four à} chauffage électrique

à la température ^{de 900,} pendant quatre heures; puis, ils étaient retirés du four et laissés à l’air.

Cette première ^série d’expériences ^{nous a} permis ^{de constater} que l’effet du recui t sur la première classe d’aciers

nickel était le même que pour les aciers ^au carbone. Avec les aciers des seconde, ^troisième

et quatrième classes, il y avait, ^{comme dans la} trempe, ^{une tendance}

à la formation polyédrique. ^Ceci pourrait ^{être attribué à une} trempe

à l’air.

Enfin, il y ^a à faire, _pour ^la cinquième ^{classe, la même} distinction que celle déjà ^{faite dan} l’étude des effets de la trempe. ^Les premiers

aciers présentant ^{la structure} polyédrique donnent des fers de lance ; mais, tandis que, dans la trempe, ^{ces fers de lance sont} généralement

blancs après attaque, ^ils apparaissent ^{ici en noir.}

’

Aucune expérience ^{ne nous a} permis ^de préciser la raison de cette variation de couleur. Elle doit être attribuée, ^{du moins nons le}

croyons, ^{à une} patine que l’on efface plus ^ou moins dans le séchage

de l’échantillon.

Nous verrons plus loin que, dans d’autres cas, ils apparaissent ^tan-

tôt en noir, ^{tantôt en blanc.}

Les effets du recuit sont prouvés par la microstructure de l’acier ^à 0,800 ^{C et 15} 0~0 ^{Ni recuit à 900,} pendant quatre ^heures 10).

Pour les aciers plus ^{riches en} nickel que ^ceux dontnous venons de

parler, il y ^{a une} tendance ^à la structure martensitique que l’on ne

remarque pas ^{dans la} trempe. C’est ainsi que l’acier ^à 0,900 0/0 ^{de car-}

bone et 20 0/0 ^{de nickel est} transformé comme le montre la photo- graphie. ^{Pour des teneurs} plus ^{élevées en} nickel, ^il n’y ^a plus ^d’autres

effets qu’un agrandissement sensible de polyèdres, agrandissement qui

devient souvent énorme, comme nous le montrerons tout à l’heure.

En résumé, ^on peut ^dire qu’au point ^{de vue} micrographique ^le

recuit agit ^{comme la} trempe pour ^les aciers au nickel autres que

ceux de la première classe, ^sur lesquels ^il produit ^{le même effet}

que ^{sur les} aciers au carbone, ^niais que, de plus, il semble amener

la transformation de la structure polyédrique ^en structure marten-

sitique pour certains aciers sur lesquels ^la trempe ^{est sans effet.}

Ceci semble nous permettre de penser que, lorsque ^l’on trempe ^un

acier à structure polyédrique ^et que l’on obtient ainsi de la ^marten-

site, ^{la cause de ce} phénomène ^{doit se trouver dans le} chauffage précédant ^la trempe plutôt que ^dans la trempe ^elle-même.

4° lllicrostructure de.s aciers écrouis.

Dès les premiers jours ^où

l’on a utilisé des aciers au nickel non magnétiques, ^{on s’est} aperçu que ^l’on obtenait des copeaux magnétiques, ^et le travail ne pouvait

se continuer qu’après trempe ^ou recuit de la pièce. Depuis, 1VI. Dumas

a

montré que l’écrouissage ^{a même} effet que la trempe. ^{Partant de}

ce principe, ^nous devions donc trouver que les aciers ayant ^leur point de transformation au refroidissement voisin de la tempé-

rature ordinaire, subissent du fait de l’écrouissage d’importants changements ^{dans leur} microstructure.

Les résultats que nous avons obtenus sont certainement remar-

quables, ^{et les} photographies, malgré ^{le soin que l’on y a} apporté,

ne rendent que faiblement ^les images ^observées.

Ces expériences ^ont été faites sur l’acier à 0,800 ^{de carbone et}

15 0f0 ^{de nickel.}

737

D’après les observations de 1B1. Dumas, ^{ces deux} aciers, ^{de non}

magnétiques, deviennent magnétiques par écrouissage..

Nous avons noté, ^tout d’abord, qu’après écrouissage ^{la structure}

est nettement à fer de lance, bien que quelques polyèdres ^sub-

sistent. Mais les points ^les plus intéressants sont les suivants : 11 Plus l’écrouissage ^est prononcé, plus ^il y ^a de fers de lance, ^et plus aussi l’acier est facile à attirer à l’aimant.

Des mesures précises pourraient ^{être faites à ce} sujet;

~° Le premier ^{effet de} l’écrouissage ^est d’accentuer, ^en quelque

sorte, ^les plans ^de clivage qui ^sont indiqués ^dans chaque polyèdre, ^et

il semble s’effectuer une séparation ^{suivant ces} différents plans.

Il semble bien que c’est ^là le premier temps de la transformation de l’austenite en fer de lance.

Ce qui le prouve ^assez nettemcnt, ^c’est que le développement ^des

fers de lance se limite aux faces de polyèdres ; ^{ces faits sont mis en}

vue par ^les photographies 11, 12 ^{et 13: l’une d’elles} montre justement

les différents fers de lance limités à l’une des lignes ^d’un polyèdre,

à tel point que ^l’on croirait que la moitié de la figure ^{a été cachée}

pour ^être photographiée.

Ces photographies ^semblent jeter ^{une lumière toute} particulière

sur les perturbations qui surviennent dans certains aciers au nickel, lesquelles ^se traduisent par le passage de la ^structure polyédrique ^à

la structure en fer de lance.

De plus, ^ces plans ^de clivage ^{semblent se briser et} donnent, ^{de ce} fait, des fers de lance. Ces fers de lance sont-ils identiques ^{à ceux} plus ^{abondants et} plus développés que l’on voit ailleurs ? Il ^est évidemment très difficile de se prononcer ^{sur ce} point; ^{mais les} photographies montrent nettement les indications _que nous venons

de donner.

D’autre part, il arrive très souvent que les plans ^de clivage ^de

deux polyèdres ^sont inclinés les uns par rapport ^{aux autres. Peut-}

être faut-il rapprocher ^ce fait de la formation des fers de lance.

Un fait paraît ^{anormal a prioî-i, c’est le} développement ^des polyèdres. Il semble certainement intéressant de compléter, par de nouvelles expériences, ^ces faits : elles jetteraient, ^{sans nul} doute,

un jour nouveau sur certains effets mécaniques.

Quoi qu’il ^{en soit,} pour les aciers dont le point de transformation

est voisin de la température ordinaire, 1 écrouissage ^a pour effet

d’amener la structure martensitique.

5° Mierostrîicture des aciers re(’.,..oid£s.

Après ^{les travaux de}

MM. Dewar, Fleming, ^{Osmond et Dumas, on} sait que certains aciers au nickel sont transformés par refroidissement, ^et que, pour les aciers qui ^{sont ainsi} transformés, il y ^{a un} relèvement consi- dérable de la limite élastique, ^une augmentation ^très grande ^{de la}

résistance ^à la rupture ^{et une} grande diminution de l’allongement ^à

la rupture.

«

Tous les échantillons transformés, ^{dit M.} Dumas, ^{accusent les} propriétés mécaniques caractéristiques des aciers dont le point ^de

transformation irréversible au refroidissement est situé au-dessus de la température ordinaire.

Nos premières expériences ^ont porté ^{sur le} refroidissement des différents aciers au nickel à une température ^de

^{’18° obtenue}

au moyen de la neige carbonique ^{et de l’alcool. Cette} première

série d’expériences ^{nous a} montré nettement qu’un tel refroidisse- ment est sans action sur les aciers des quatre premières ^classes.

Il agit plus ^{ou moins ou} même pas du tout sur les aciers de la

cinquième classe. Son action, lorsqu’elle ^{existe, est} de transformer les polyèdres ^en fers de lance.

Les aciers à 0,250 ^{de C et 25} 0/0 ^{de Ni et} 0,800 ^{C et 13} 0/0 ^Ni, qui, d’après ^M. Dumas, deviennent magnétiques permanents ^{à - 78°,}

montrent de nombreux fers de lance (lig. 17). ^{Il y a mieux: sous}

l’influence du refroidissement, les fers de lance gonflent ^d’une façon extraordinaire, ^{de telle sorte} que, si l’on trempe ^{dans le bain une} surface préalablement polie, ^{on obtient une vue} superbe ^{au micros-}

cope ^sans avoir besoin d’opérer ^aucune attaque 16). ^Ce phé-

nomène a été déjà observé par M. Osmond, qui l’a décrit dans le

Melallo graphisl (octobre 15,99).

Les deux autres photographies ^montrent les aciers dont nous venons de parler, ^{une fois} refroidis, puis polis ^et attaqués.

Si l’oli prend des aciers un peu plus ^{riches en} nickel que ^ceux dont nous venons de parler, ^{on observe à}

781> quelques ^fers

de lance.

Il en est ainsi avec les aciers suivants :

qui ^{montrent ce} changement partiel, lequel ^est indiqué pour les deux derniers aciers dans ^les photographies.

’

739 Si l’on passe ^à des aciers plus riches, ^{on n’obtient aucun chan-} gement, ^{si ce} n’est que les polyèdres ^{ont une tendance à se déve-} lopper. ^{Ce fait a} été observé dans les trois séries d’aciers dont nous

disposions. Les cristaux en fer de lance apparaissent, ^{tantôt en} noir, ^{tantôt en} blanc, après attaque; quelquefois ^{même on obtient ces}

cristaux ayant ^ces deux colorations dans la même opération.

Une seule fois, nous avons eu un cristal coloré sur une certaine

longueur, ^{et blanc sur} le restant.

"

Dans une seconde série d’essais, ^{noms avons} fait subir aux aciers

qui présentent ^{de très} nombreux fers de lance à

’l8° des refroi- dissements de plus ^en plus grands ^à partir ^{de la} température ^ordi-

naire. Dans ^ces aciers, ^{dès 0° et} après ^un temps extrêmement court, ^une simple ^{immersion même, il} y ^a commencement de dé-

composition (fig. 1.). ^{Plus la} température ^{est basse,} plus ^{les fers}

de lance sont nombreux. A - pour les deux aciers observés,

ils semblent aussi nombreux qu’à - ^’I8° 1~)).

Les conclusions de ces expériences ^sont les suivantes :

Les aciers ^non magnétiques qui ^se transforment aisément aux

températures auxquelles ^{ils sont} portés changent ^de structure. On voit les fers de lance qui apparaissent généralement ^{en blanc. Cette}

transformation commence à des températures ^assez voisines de ^la

température ^ordinaire.

Il semble _y avoir tout d’abord une certaine orientation des polyèdres

et une scission dans leur intérieur suivant les plans ^de clivage.

Pour certains aciers voisins de ceux qui ^{subissent une} transforma- tion à - 780, ^il y ^{a un} commencement de changement ^{de structure}

à cette température 18).

Nous avons toujours remarqué qu’au ^{moment où} apparaissaient ^les

cristaux ^en fer de lance, ^il y ^a apparition ^du magnétisme.

Les aciers à structure martensitique ^{et à} perlite n’éprouvent ^aucune

transformation par ^le refroidissement à

781. Toutefois, ^{dans les}

aciers à structure martensitique, ^{on entrevoit} cette structure après

le refroidissement sans qu’il y ait besoin de faire ^une attaque quel-

conque.

Aciers cémentés.

Nous avons complété ^ces recherches _par des essais de cémentation et de décarburation, qui ^{ont confirmé les}

résultats d’une façon ^absolue.

Parmi ^ces résultats, je ^n’en retiendrai qu’un ^seul.

Si nous considérons l’acier à 0, i ~0 C ^{et 7} 0/Ode Ni, ^{il est} perlitique.

L’acier à 0,800 ^{C et} 7 0/0 ^{Ni est} martensitique.

Donc, ^en cémentant le premier ^{de ces aciers de} façon que ^la couche

superficielle ^contienne 0,800 ^de carbone, ^{on aura les mêmes} proprié-

tés que celles ^d’un acier cémenté et trempé, ^{avec cette} importante

différence que l’âme de ^la pièce ^{serait à} perlite.

Je n’ai pas besoin de faire remarquer l’importance ^{de ce} procédé, qui permettra d’éviter la trempe ^et par conséquent ^{toutes les défor-}

mations qui ^sont inhérentes et entraînent le redressement, ^{la recti-}

fication.

_

II.

RECHERCHES SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES ACIERS

~

AU NICKEL.

Il nous a semblé intéressant de faire des essais mécaniques ^{sur les}

aciers au nickel qui ^{nous avaient} servi pour l’étude micrographique;

car ces aciers sont d’une pureté remarquable ^{et, d’autre} part, ^la

teneur en carbone est suffisamment constante dans chaque ^série

pour que ^nous n’ayons pas ^à tenir compte ^{de son} influence propre.

Nos essais ont été de trois sortes :

1° Essais à la traction sur éprouvettes ^{ayqnt 200} millimètres entre coups de pointeau ;

2° Essais au clioc sur barreaux entaillés d’après la méthode de M. Frémont ;

3° Essais à la dureté par la méthode Brinnell; ^{cet essai a été} prati- qué ^avec la presse de Le Cliatelier, ^destinée généralement ^à

l’essai des ciments.

Nos recherches comportent des essais sur barreaux de forge ^et

sur barreaux trempés.

741

PREMIÈRE PARTIE.

ESSAIS

TRACTION SUR BARREAUX BRUTS

FORGE (~).

(1) ^R

résistance maximum représente ^la charge maximum évaluée

kilo- grammes par millimètre ^carré que peut supporter le barreau avant rupture.

E

limite élastique ^{est la} charge maximum évaluée en kilogrammes par milli-- mètre carré que peut supporter le barreau avant d’éprouver ^des déformations permanentes.

A 0/0 représente ^les allongements pris par l’éprouvette après rupture rap-

portés ^à

longueur de 100 millimètres.

~

striction est définie de la façon suivante : S étant la section primitive ^du

barreau, S ^la plus petite ^section après rupture,

ESSAIS AU CHOC SUR B ARRETTES ENTAILLÉES (Méthode Frémont).

Les chiffres ont été calculés _{par la} méthode de Brinnell

DEUXIÈME PARTIE.

ESSAIS SUR ACIERS TREIIPÉS . Série I.

Teneur en

(l) Cette méthode consiste à faire

le métal à essayer l’empreinte ^d’une

bille

pression

p.

On obtient

calotte sphérique ^dont

mesure

la surface

On obtient ainsi le chiffre de Brinnell : A

’E.

a

743 Série II.

Teneur

0,250.

Série III.

Teneur

carbone 0,800.

Toutes les éprouvettes ^à 0,800 de carbone et contenant 2, 5, 7, 10 et 12 de nickel

se

sont constamment

tapé » ^{à la} trempe. Aucun essai n’a donc pu être fait de cette façon.

ESSAIS AU CHOC SUR BARRETTES ENTAILLÉES (Méthode Frémont).

Pour établir des comparaisons ^entre les aciers ^au nickel et les aciers au carbone, ^{nous avons} fait des essais analogues ^{sur des}

aciers au carbone très purs préparés ^{au creuset.} Voici les chiffres obtenus :

On voit qu’ils divisent les aciers au nickel en quatre groupes bien distincts variables avec la teneur en carbone et que l’on ^retrouve dans le tableau ci-joint.

Le premier groupe ^a sensiblement les mêmes propriétés que les aciers au carbone; ^mais les aciers qui appartiennent ^{à ce} groupe sont plus homogènes ^et la résistance est légèrement augmentée par le nickel. Il faut insister surtout sur l’holnogénéité, laquelle ^est

visible au microscope ^{et aux essais au choc.}

Les aciers du deuxième groupe ^ont les mêmes propriétés que les aciers à haute teneur de carbone et trempés.

Les aciers du troisième groupe ^sont caractérisés par leur basse limite élastique, leur faible allongement ^{et leur} non-fragilité.

A part ^le premier groupe, qui ^n’avait pas été très bien caractérisé,

ceci est d’accord avec les recherches antérieures aux nôtres.

Nous retrouvons ici les mêmes divisions que celles auxquelles

nous avons été conduits après ^l’étude micrographique ^{de ces} pro-

duits.

745 Les essais à la traction nous suggèrent les remarques suivantes : Les propriétés mécaniques ^varient brusquement lorsque ^l’acier

devient magnétique. ^{Pour le} premier ^{acier non} magnétique ^de chaque série, ^la charge ^de rupture ^{et la limite} élastique ^{sont à} peu

près identiques. ^Mais lorsque ^à partir de l’acier non magnétique ^on augmente ^dans chaque ^{série la teneur en nickel,} la résistance et la limite élastique croissent sensiblement.

La trempe augmente bien entendu R et E pour les aciers du pre- mier groupe, ^{et même} du second groupe. Pour ^ce dernier, ^{ce fait doit}

être dû principalement ^{à une} plus grande homogénéité. ^{Elle est sans}

action sur les aciers du troisième groupe.

Enfin l’acier ^à 0,800 de carbone et 30 0/0 ^{de nickel a 50} 0,’0 ^d’al- longement, ^ce qui paraît invraisemblable pour ^un acier aussi carburé.

Les remarques les plus intéressantes à faire sur les essais à la dureté et au choc sont les suivantes :

Le maximum de dureté dépend ^{de la somme C} + ^{Ni. Il est atteint}

pour ^une dose de nickel d’autant plus ^faible qu’il ^{y a} plus de carbone.

Après trempe, les aciers à 0,120 de carbone ne sont pas sensiblement

plus purs qu’avant. Toutefois la dureté de l’acier de cette série à 10 U/0 ^de

Ni a augmente : ^cela s’explique ^{aisément, cet acier étant formé avant}

trempe ^{de fer « et} martensite, après trempe de martensite pure.

Les aciers à 0,400 ^et 0,800 ^{de C} possèdent sensiblement après ^la trempe ^{la même dureté} qu’avant, ^à l’exception ^{des aciers rentrant}

dans la première classe, qui, ^à l’état brut de forge, ^{sont formés de}

fer z et de perlite.

Enfin, ^{il faut noter} que les aciers ^{à 30} 0,/0 ^{de nickel ont sensi-}

blement la même dureté, qu’ils contiennent 0,120 ^ou 0,800 ^{de C} après ^{ou avant} trempe.

Au point ^{de vue de la} fragilité, ^on voit que le maximum ^est atteint par les aciers les plus durs, ^ce qui ^{était à} prévoir.

Il y ^a d’ailleurs concordance ^en quelque ^{sorte absolue entre la fra-} gilité ^et la dureté. Après trempe, ^la fragilité ^reste sensiblement la même qu’avant ^la trempe, excepté pour les ^aciers du premier groupe;

pour ^ces aciers, ^{elle est} généralement augmentée. ^{Mais le} point ^cer-

tainement le plus intéressant à signaler ^{est le} suivant : les aciers contenant le fer à l’état _y ne sont pas fragiles, ^même lorsqu’ils ^con-

tiennent de grandes quantités de carbone.

C’est ainsi que les aciers à 25 et 30 0,/0 ^{de Ni et contenant} 0,800

de C donnent de 35 à 40 kilogrammètres ^à l’es sai de Frémont.

Enfin, ^{il est à} remarquer que les aciers martensitiques ^deviennent

moins fragiles après trempe; ^{cela est facile à} expliquer, puisque ^par

la trempe ^une partie du fer passe ^à l’état _y.

Conclusion.

Il y ^{a une} concordance absolue, part’aite ^entre

l’essai micrographique ^et les essais mécaniques.

On peut donc, par ^un essai qui ^{demande une} demi-heure lorsque

l’on est bien outillé, dire si l’acier au nickel que l’on possède ^rentre

dans l’une des catégories précédentes, ^et par conséquent si le métal est à haute ou basse limite élastique, ^{à haute ou basse} charge ^de rupture, ^{s’il est dur ou mou,} fragile ^{ou résistant au} choc, s’il pos- sède de grands allongements, ^{une belle} structure, ^{etc. Il faut} espérer

que ^ces recherches permettront ^{à la} métallographie microscopique

de sortir du domaine scientifique ^{où elle est à} peu près ^demeurée

pour pénétrer ^dans l’industrie et se classer à la tête des méthodes d’essais.

LÉGENDE

Les micrographies correspondent, ^{à moins} d’indications contraires,

au grossissement ^{de 300 diamètres.}