Sur les propriétés irréversibles des ferro-nickels

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Submitted on 1 Jan 1899

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Sur les propriétés irréversibles des ferro-nickels

L. Houllevigue

To cite this version:

L. Houllevigue. Sur les propriétés irréversibles des ferro-nickels. J. Phys. Theor. Appl., 1899, 8 (1),

pp.89-94. �10.1051/jphystap:01899008008901�. �jpa-00240424�

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très générales qui caractérisent véritablement les rayons X ^et per- mettront sans doute d’en définir la nature. Déjà ^{ils m’ont} permis d’ajouter ^aux rayons X ultra-pénétrants ^de Rôntgen, qui ^traversent plusieurs millimètres de fer, ^{et aux} rayons X moyens le plus ^commu-

nément employés, qui ^{sont arrêtés} par ^une fraction de millimètre de fer, ^{toute une} gamme graduellement descendante de ray ons S,

de plus ^en plus absorbables, par exemple ^{ceux du} soufre, ^{de l’alu-} minium, ^du cuivre, ^du zinc, ^du plomb. ^Les premiers ^{termes de}

cette série sont des rayons peu différents des rayons ^X moyens dont je ^suis parti ; ^mais les rayons S ^du cuivre, ^du zinc, ^sont déjà

très nouveaux, ^{et ceux} du plomb ^{ont la} majeure partie ^de leur action

photographique ^ou électrique ^arrêtée par ^une simple ^{feuille de} papier ^{noir ou par} quelques millimètres d’air à la pression ^atmo- sphérique, tandis que les rayons X ^dont ils proviennent ^traversent plusieurs ^mètres d’air. Les transformations en rayons ^tertiaires

augmentent ^{encore l’écart} déjà si considérable entre les termes extrêmes de la série. La dif6culté croissante des expériences ^m’a

paru jusqu’ici le seul obstacle ^au prolongement indéfini de cette série de rayons auxquels il convient de conserver le nom géné- rique de rayons X jusqu’au ^{moment où, en} prolongeant toujours régulièrement ^{la série, on} retrouvera peut-être ^une espèce ^de

rayons déjà ^{connue avant} la découverte de Rôntgen.

SUR LES PROPRIÉTÉS IRRÉVERSIBLES DES FERRO-NICKELS ;

Par L. HOULLEVIGUE.

Les récentes expériences de M. Guillaume sur les aciers au nickel ont ramené l’attention sur leurs propriétés si curieuses et, jusqu’à

nouvel ordre, ^si inexplicables. L’existence, à une même température,

d’une forme magnétique ^{et d’une forme non} magnétique ^n’est pas

cependant ^{un fait sans} analogue; ^{car l’acier ordinaire} lui-même,

comme l’a remarqué Ilopkinson, présente ^{les mêmes} propriétés,

mais dans une étendue de température ^{bien moindre, et} voisine du

point de récalescence (650-700Ü).

L’objet ^{de cet article est de montrer} que ^ces effets peuvent, ^avec quelque vraisemblance, ^{être rattachés à} une cause purement

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01899008008901

physique, ^aux pressions ^{existant à} l’intérieur des masses solides considérées.

L’analyse microg raphique de l’acier au nickel manifeste une hété-

rogénéité qu’on n’aurait pu soupçonner d’après ^{sa médiocre con-}

ductibilité calorifique. Or, ^{dans un semblable} solide, il existe des tensions ou des pressions qui peuvent ^atteindre des valeurs consi- dérables. M. Résal (1) admet pour l’acier trempé des tensions voi- sines de 200 à 300 kilogrammes par millimètre carré.

De telles forces produisent des modifications notables dans les.

propriétés physiques des corps, ^en particulier dans leurs propriétés magnétiques.

Nous avons à ce sujet des documents très intéressants dans les travaux d’Ewiii- ^{et Cowan} (2) pour le nickel, de lord Kelvin (3) ^et d’Ewing (4) pour le fer.

Pour le nickel, la traction diminue les propriétés magnétiques,

comme le montre l’exemple suivant, pris ^{sur un} fil de nickel recuit:

Si cette loi de variation continuait, ^{sous une} tension de 200 kilo- grammes par millimètre carre, ^{le nickel ne serait} guère plus magné- tique que le sulfate de fer.

Au contraire, ^la pression augmente ^les propriétés magnétiques :

de telle sorte que, soumis ^{à une} pression ^{de 200} kilogrammes, ^le

nickel est peut-être ^aussi magnétique que le meilleur fer de Suède.

Avec le fer, les résultats obtenus sont plus complexes, ^{et moins} complets en ce sens qu’on ^n’a opéré que par traction des fils, ^et que les déformations permanentes ^{sont très} rapidement atteintes, ^ce qui change absolument les conditions du problème. ^L’effet général,

sur lequel ^{tous les} expérimentateurs ^sont d’accord, ^c’est que, pour des champs inférieurs à 300 C. G. S. environ, ^{la traction} _augmente ^la susceptibilité magnétique ; ^{au-dessus de cette valeur} (point critique

(1) Fer, fonte, acieJ’, p. 326.

(2) Phil. Trans., ^1888.

(3) Phil. T/’ans., ^1879.

(4) ^l’hil. TJ’ans., ^1885.

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de Villari, ^elle produirait ^des effets inverses. En tous cas, les.

modifications produites par la traction peuvent ^être considérables,

comme le montrent les résultats suivants obtenues par Ewing ^sur

un fil de fer recuit placé ^{dans un} champ ^de 3,33 C. G. S. :

Voici encore un autre exemple, ^{relatif à un} fil de fer étiré préala-

blement, ^et soumis dans des champs ^{variables à une traction cons-}

tante de i2h.g,35 par millimètre ^carré.

D’après l’ensemble de ces résultats, ^on peut présumer qu’une pression ^assez forte, ^exercée sur une masse de fer dans un champ

d’intensité faible ou moyenne, ^amène l’abolition presque complète

de ses propriétés magnétiques,.

Ces effets jouent probablement ^un rôle dans les transformations que la trempe fait subir aux propriétés magnétiques ^de l’acier ordi- naire. On peut aussi, ^sans trop s’aventurer, ^leur attribuer, ^{au moins.}

en partie, les curieuses propriétés des aciers au nickel irréversibles.

Hopkinson ^{a montré,} pour des échantillons ^{à 22 et 25} 0/0 ^de nickel, que le passage de la forme ^non magnétique ^{à la forme} magnétique ^est accompagné ^d’une augmentation ^{de volume consi-} dérable, 2 0/0 environ. Ce fait ^nous porte ^{à admettre} qu’il ^existe

dans la variété non magnétique ^des pressions qui disparaissent ^lors- qu’une ^action mécanique, ^le laminage par exemple, vient troubler

l’équilibre mécanique ^{existant. En} prenant pour coefficient de ^com-

pressibilité ^{celui du} fer, ^{on trouve} que les pressions correspondant

à cette variation de volume devraient atteindre 400 kilogrammes

par millimètre ^carré.

Il nous est loisible d’iniaginer, bien que ^cette hypothèse ^{soit cer-}

tainement plus simple que la réalité, que ^cette pression ^{est exercée}

sur les noyaux ^en fer de chaque cellule par ^une enveloppe plus ^dila-

table en niclLel ; lorsque ^le système cellulaire s’est dessiné, peu

après ^{la coulée de} l’alliage, l’équilibre ^de pression ^{existait à} peu

près ^{dans la} masse encore pâteuse ; ^{mais la} contraction des enve-

loppes ^en nickel par refroidissement ^{a amené une} compression ^éner-

gique des noyaux ^en fer. L’influence de cett e pression ^{doit être de}

diminuer très notablement le magnétisme du fer. Il suffit alors de

briser, par ^une action mécanique, l’enveloppe ^de chaque nodule pour que le système reprenne, ^avec augmentation ^{de volume, son} magné-

tisme normal. On comprend que ^{la même} transformation puisse

s’effectuer par l’action du froid, qui ^{brise les} parois ^des cellules par suite de l’inégale contraction du contenant et du contenu ; ^{la trans-} formation sera alors graduelle, puisque ^les enveloppes ^les plus ^minces

seront brisées à des températures moins basses que les enveloppes plus résistantes, ^et elle subsistera après ^{retour à la} température

ordinaire. Enfin les alliages plus ^{riches en} nickel renfermant des

enveloppes plus épaisses pour ^un noyau moins gros, la rupture s’y

fera à une température moins basse que pour les ^autres.

Peut-être cet ensemble de propriétés peut-il ^{aussi être relié à la}

variation du module d’élasticité, qui diminue de 10 0/0 par le passage à l’état magnétique. ^En effet, pour ^tous les corps dont la suscepti-

bilité augmente par ^la traction, ^comme le fer dans un champ ^infé-

rieur à 300, le module diminue par l’aimantation. Considérons, _pour l’établir, ^le système formé par ^un aimant permanent ^{A et un fil de}

fer F, ^et faisons-lui parcourir ^le cycle réversible et isothermique ^sui-

vant :

1 ° A étant d’abord à l’infini, ^on l’approche ^{de F ;} l’opérateur

recueille un travail G1;

2° On donne à F un allongement l ^{en exerçant une} traction crois- sante de zéro à PI, L’opérateur ^{recueille un travail}

t1 ; l’aimanta- tion de F se trouve accrue (puisque ^la susceptibilité ^a augmenté), ^et

il en est de même de l’attraction entre F et A ;

30 On éloigne ^A jusqu’à l’infini ; le travail recueilli est alors

T2,

et on a :

puisque l’attraction de A et de F est plus grande dans le second cas

que dans le premier. ^{En méme} temps, pour ^{conserver à} F la même

longueur, ^{il a} fallu donner à la traction une valeur P, ;

4° On ferme le cycle ^en diminuant la traction de P2 jusqu’à ^zéro.

On recueille alors un travail _t2.

En écrivant que, pour le cycle entier, ^le travail extérieur est nul,

on a :

93 Si on appelle ^{L et S la} longueur ^et la section de F, M1 ^{son module}

à l’état aimanté, M2 ^{son module à l’état non} aimanté, t1 et T2 ont pour expression :

L’inégalité ^1"2 > t1 revient donc à celle-ci :

Je n’insiste pas ^{sur ce côté} théorique ^{de la} question, qui présente

des difficultés, ^{mais il me} semble néanmoins en résulter l’existence de relations nécessaires entre l’état magnétique ^{et le module} élastique.

La tentative d’explication ^dont je viens de donner l’ébauche en

pourrait ^être précisée que si ^on connaissait les différents éléments

qui forment la pâte des ferro-nickels et les propriétés ^{de chacun}

d’eux au point ^{de vue de la} compressibilité; j’ai seulement voulu montrer qu’une ^semhlable explication, ^toute physique, ^était possible.

D’après M. Guillaume, ^au contraire, ^les changements ^de propriétés

des aciers au nickel devraient être mis sur le compte des transfor- mations chimiques. Quelque séduisante que soit ^cette manière de

voir, ^{il me} paraît ^assez difficile de s’y ^rallier, puisqu’elle suppose qiie ^ces réactions chimiques ^entre corps solides ^en présence puissent s’accomplir brusquement, ^ou par l’action d’un refroidisse- ment, ^ce qui ^n’a pas lieu d’ordinaire.

Du reste, ^{ce n’est} _{pas la} première fois que la chimie ^et la physique

se trouvent en concurrence pour expliquer ^les propriétés des aciers : pour les aciers ^au carbone, ^en face de la théorie chimique qui ^attri-

bue ^ces propriétés ^à des combinaisons différant avec la teneur en

carbone etl’état de trempe, ^{est venue se} placer la théorie allotropique

de 1B1. Osmond, qui ^{a trouvé} de nombreux défenseurs ^en Angleterre

et en Amérique. Cette théorie a pour base l’existence ^reconnue par 1B1. Osmond, ^de plusieurs ^variétés allotropiques ^du fer, stables, ^sous

la pression normale, ^{à des} températures différentes ; ^les pressions développées ^{dans la} cellule de l’acier peuvent rendre stable à la

température ordinaire l’une ou l’autre de ces variétés, dont les pro-

priétés déterminent celles de l’acier qui les contient. De nombreux faits expérimentaux, l’abaissement des points de transformation

avec l’augmentation ^{en teneur} de l’élément surajouté (C, Ni, Mn), ^et

la possibilité ^de reproduire ^les propriétés essentielles de l’acier en

substituant au carbone d’autres éléments (H, par exemple) ^militent

en faveur de cette hypothèse. ^Il n’y aurait donc aucune impossibilité

à ce qu’une ^théorie analogue, ^{fondée sur} des actions purement phy- siques, ^{se trouvât} applicable ^aux ferro-nickels et peut-être ^{à d’autres} types ^d’acier.

Le lecteur trouvera, ^{à la} suite de cet article, ^les objections qu’il ^a suggérées ^à M. Guillaume. Je ne pense pas qu’aucune d’elles soit absolument irréfutable. On pourrait, je crois, ^{les tourner en} prenant

comme constituants, ^{au lieu du fer et du nickel} purs, ^comme je ^l’ai

fait pour plus ^de simplicité, ^des alliages appropriés ^{de ces métaux.}

Il y ^a lieu toutefois d’en tenir le plus grand compte ; peut-être permettront-elles, jointes ^{à de} nouvelles observations et à de nouvelles expériences, ^de préciser ^ce qui ^n’est actuellement que l’ébauche d’une théorie.

REMARQUES ^{SUR LES ACIERS AU} NICKEL;

Par M. Ch.-Ed. GUILLAUME.

Si séduisante et si plausible que soit, par certains côtés, l’ingé-

nieuse théorie imaginée par M. Houllevigue pour expliquer ^{les ano-}

malies des aciers au nickel, ^{on ne saurait se} dissimuler qu’elle ^ren-

ferme aussi des difficultés presque insurmontables.

Sans parler ^{de la} dilatabilité élevée de ces alliages ^{à l’état non} magnétique, ^{dont on tirerait} difficilement un argument décisif, ^il

semble que les particularités du passage d’un ^{état à l’autre sont en} contradiction évidente avec cette théorie. M. Houllevigue ^admet

que, ^{au moment} de la solidification de l’alliage, ^des sphérules ^de

fer se séparent ^et s’enrobent bientôt d’enveloppes ^de nickel. A par- tir du moment de la solidification, ^les sphérules ^{et les} enveloppes

exercent les unes sur les autres des tractions qui ^{vont en} augmen- tant jusqu’à ^ce que les dernières atteignent ^{leur limite de} rupture.

Ici, ^{la seule} difficulté que l’on pourrait alléguer ^{est la} disparition .complète ^du magnétisme, qui suppose atteintes les tensions ^et les

compressions ^{très fortes} indiquées ^par l’expérience ^faite séparément

sur le fer et le nickel ; ^{mais on ne} pourrait ^{en tirer un} argument

contre la théorie de M. Houllevigue ^{que si} l’on connaissait exacte- ment la différence des contractions ^à l’état libre, ^et les limites élas-

tiques ^{du fer et du} nickel, depuis ^la température de solidification de

ce dernier métal.