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Aspects métallurgiques
de tenue en service des pompes *
Metallurgical aspects of the service life of pumps
l'An B. DE B O E D E
INGENIEUR DES AllTS ET MANUFACTURES, INGENIEUR AU CENTRE I)'INPOHMATION DU NICKEL
La tenue en service d'un organe en mouvement dans un liquide jouissant de propriétés éro- sives dépend d'un nombre important de fac- teurs et notamment des diverses actions sus- ceptibles de s'exercer sur la matière.
Dans une pompe, l'allure de l'érosion est inti- mement liée au maintien du métal dans son bon état de surface initial. Or. le métal peut être soumis à l'abrasion avec un mode d'ac- tion soit statique, lorsque l'angle d'attaque est nul, soit dynamique, lorsque cet angle prend une certaine valeur, soit même sons les deux modalités réunies.
La corrosion peut intervenir soit en même temps que l'abrasion, soit seule. Elle peut en particulier résulter du caractère électrolytique du liquide, qui le porte à s'attaquer inégale- ment aux. divers constituants du métal.
Un cas fréquent de corrosion chimique est celui qui est causé par les eaux polluées, les eaux portuaires et l'eau de mer.
Certaines servitudes imposées au matériel ( température ou pression de fonctionnement plus ou moins élevées, frottement...) viennent également compliquer la question.
Différentes solutions sont proposées pour les divers cas qui se présentent; les conditions d'emploi de métaux de composition spéciale semblent être aujourd'hui bien connues.
A large number of faclors influence the ser- vice life of a componenl moving in a liquid jiossessiny erosive qualilies. Aparl from llie shape and material from which the componenl is made, its service life is dépendent on the agencies ivorking on it.
The rate of érosion in a pump is closety con- nected with mainiaining the initial good condi- tion of the material's surface. Métal can be subjected lo abrasion in several ways. The effect of abrasion is said to be " static " when the angle of attack is zéro, or " dynamic "
when the angle has a certain value, or it can be a combination of both types.
Corrosion can occur independently of, or in conjunction with abrasion. H is most ofien due to the elccfrolytic properlies of the liquid causing galvanic action which aitacks some components of the métal, sparing others.
Constantly occuring examples of ehemica!
corrosion are those produced by polluted mater, harbotir water or by sea water.
Severe conditions imposed upon Ihe malerial (température, pressure, friction—) are other complicating faclors.
Various remédies are suggested for the cases that arise. Ways of nsing spécial mêlais seem well known al the présent day.
L ' i n d u s t r i e des p o m p e s est u n e t e c h n i q u e au service de t o u t e s les t e c h n i q u e s . A l i m e n t a t i o n en eau des grandes cités, é v a c u a t i o n des eaux de m i n e s , o p é r a t i o n s de dragage, m i s e à sec r a p i d e des f o r m e s de r a d o u b , t r a n s p o r t de p r o d u i t s c o r - rosifs, de p r o d u i t s à très basse ou à très h a u t e t e m p é r a t u r e ( — 1 0 0 ° ou + 700" C ) , p r o b l è m e s p a r t i c u l i e r s tels q u e le t r a n s p o r t d'eau l o u r d e p o u r l ' é n e r g i e a t o m i q u e , e t c . , u n e telle é n u m é - r a t i o n p e r m e t d ' i m a g i n e r la v a r i é t é , les diffi- cultés des p r o b l è m e s i n d u s t r i e l s sous le d o u b l e aspect h y d r a u l i q u e et m é c a n i q u e .
M a i s à p r o p o s de tels p r o b l è m e s , si les possi- bilités de la m é t a l l u r g i e sont g é n é r a l e m e n t c o n n u e s et présentes à l ' e s p r i t du t e c h n i c i e n o u de l ' u t i l i s a t e u r , en est-il de m ê m e q u a n t à l'im-
A C T I O N M É C A N I Q U E O U C H I M I Q U E L ' A L L U R E DE L'ÉROSION dépend essentielle-
(*) Des points de cet exposé sont certainement vala- bles pour tout autre matériel hydraulique tel que vannes, conduites, turbines, hélices Kaplan, etc.
porfance <ic l'aspect métallurgique ( c h o i x du m é t a l dans la s o l u t i o n de ces p r o b l è m e s ) .
D ' u n e p a r t la qualité des pièces moulées — n o t a m m e n t d ' u n e r o u e de p o m p e c e n t r i f u g e — dépend du t a l e n t du f o n d e u r c o m m e du t r a c é ; les d i f f i c u l t é s de f o n d e r i e s o n t liées aux f o r m e s du m o d è l e et aux p r o p r i é t é s de f o n d e r i e du m é t a l c h o i s i ou spécifié. N o u s ne s o m m e s pas s p é c i a l e m e n t qualifiés p o u r p a r l e r de ce p o i n t .
D ' a u t r e p a r t le choix du métal p e u t a v o i r la p l u s g r a n d e importance sur la tenue en ser- vice : à cet égard, les d o n n é e s du p r o b l è m e ne sont j a m a i s t r o p b i e n e x a m i n é e s : n a t u r e abra- sive et c o r r o s i v e du l i q u i d e , c o n d i t i o n s de ser- v i c e p h y s i q u e s o u m é c a n i q u e s , a p t i t u d e s des m é t a u x à s'associer du p o i n t de v u e f r o t t e m e n t ou a c t i o n g a l v a n i q u e , e t c . .
D U L I Q U I D E E T C H O I X D U M É T A L
m e n t du m a i n t i e n du m é t a l dans son b o n état de surface i n i t i a l .
N o u s avons v u sur des p o m p e s à p i s t o n s v é h i - c u l a n t les boues de forages dans l ' i n d u s t r i e p é t r o l i è r e , les c h e m i s e s de c y l i n d r e s mises h o r s
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1955056
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d'usage en q u e l q u e s heures après a p p a r i t i o n de rayures sur la surface p o l i e d'origine... p h é n o - mène d é p e n d a n t des terrains traversés et des pressions, croissantes avec la p r o f o n d e u r du puits de forage.
durée, et le m a i n t i e n des c a r a c t é r i s t i q u e s h y d r a u l i q u e s de service.
I. — A b r a s i o n
L o r s q u ' i l semble bien d é m o n t r é que le métal
Dans une p o m p e c e n t r i f u g e , l ' é r o s i o n rapide et i r r é g u l i è r e du m é t a l engendre ou accélère des effets de c a v i t a t i o n ; u n e usure lente et u n i - f o r m e de la surface du m é t a l c o n s e r v a n t l'as- pect le plus p r o c h e de l'état p o l i d o n n e r a au c o n t r a i r e une érosion n o r m a l e q u i favorisera la
est e s s e n t i e l l e m e n t s o u m i s à une « action abra- sive » des p a r t i c u l e s solides c o n t e n u e s dans le l i q u i d e , d o i t - o n r e c h e r c h e r une dureté du m é t a l élevée dans la masse, cette c a r a c t é r i s t i q u e est-elle spécifique de la résistance à l'usure, et, à la l u m i è r e de l ' e x p é r i e n c e , la s t r u c t u r e de Fia. 1. — Roue de pompe et roue Francis de turbine, en bronze au manganèse à 3 % de
nickel... dénommé « T u r b i n e métal » : R = 56 k g / m m2, E = 28 k g / m m3, A = 20 % , dureté B r i n e l l H B 160. (American Manganèse Bronze Co., Philadelphie.)
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l'acier ou de la m a t r i c e d'une fonte grise o u blanche apparaît-elle ou n o n indifférente?
1. — L E COMPORTEMENT D'UN MÉTAL s o u m i s à l'abrasion est s o u v e n t d é r o u t a n t , en p a r t i c u l i e r parce qu'on se trouve dans la pratique entre deux formes extrêmes d'action destructive par m a t é r i a u x solides o u par l i q u i d e s chargés : ces deux modes d'action que l ' o n p e u t appeler c o m - m o d é m e n t « u s u r e statique » et « u s u r e dyna- m i q u e » p e u v e n t ainsi se définir :
L'usure statique résulte en q u e l q u e sorte d'un a r r a c h e m e n t plus ou m o i n s m i c r o s c o p i q u e par f r o t t e m e n t t a n g e n t i e l des p a r t i c u l e s abrasives;
on suppose p o u r simplifier qu'elles n ' o n t q u ' u n e faible énergie c i n é t i q u e p r o p r e ou r e l a t i v e . L e degré d'usure du m é t a l est donc lié à un coeffi- c i e n t de. f r o t t e m e n t , c'est-à-dire en fait à l'as- pect m i n é r a l o g i q u e du p r o d u i t abrasif ( d u r e t é - densité - f o r m e s vives - g r a n u l o m é t r i e . . . ) ainsi q u ' a u bon état de surface du m é t a l et à son m a i n t i e n .
O n peut e n c o r e dire dans l'usure statique que l'angle e n t r e la surface m é t a l l i q u e ( o u t o u t e autre surface) et le sens de d é p l a c e m e n t des particules est très faible.
U n e x e m p l e de ce type d'usure est celui d'un p r o d u i t se déplaçant sur la tôle d'un c o u l o i r peu i n c l i n é , sur la tôle p e r f o r é e d'un c r i b l e ; du coke m é t a l l u r g i q u e d é t r u i t r a p i d e m e n t l'acier au carbone, l'acier à 13 % de M n , l'acier i n o x y - dable 18/8; mais l'acier 18/8 résiste r e m a r q u a - b l e m e n t au c h a r b o n , b e a u c o u p m i e u x que l'acier au m a n g a n è s e ; il a été adopté dans les h o u i l - lères p o u r les toiles et tôles perforées de c r i b l e . La dureté du 18/8 n'est q u e de 180 à 220 B r i n e l l , analogue à celle de l'acier à 13 % de M n et i l n ' y a pas possibilité d'écrouissage en service. L a na- ture du p r o d u i t et l'aptitude du m é t a l — acier 18/8 — à conserver ou n o n un b o n état de sur face ont donc r é c i p r o c i t é d'influence.
A l'opposé, l'usure dynamique est celle ren- c o n t r é e par e x e m p l e dans un b r o y e u r à mar- teaux, sur une r o u e P e l t o n ou u n e p o m p e c e n t r i - fuge : elle peut se caractériser par l ' é n e r g i e c i n é - tique des particules qui creusent, e n t a i l l e n t ou cisaillent le métal suivant un c e r t a i n angle d'attaque au p o i n t d ' i m p a c t .
Bien entendu, n o t a m m e n t en h y d r a u l i q u e , l'étude d'un problème d'abrasion est générale- m e n t difficile et m é t i c u l e u s e parce que le m o d e d'usure peut procéder des deux cas e x t r ê m e s cités, ou m ê m e en tel ou tel p o i n t du m a t é r i e l , de l'un ou de l'autre. L ' h y d r a u l i c i e n p e u t c o n j u r e r dans une m e s u r e r e m a r q u a b l e les effets d'usure d y n a m i q u e par le tracé. O n a constaté aussi que certains m é t a u x p e r m e t t a i e n t , par l e u r n a t u r e et leur état de surface en service, de l i m i t e r ou d'éviter les effets de la c a v i t a t i o n , ce q u i est de grand i n t é r ê t p o u r les t u r b i n e s h y d r a u l i q u e s ;
F I G . 2. — E l é m e n t (G = 1) de roue de pompes à eaux schlammeuses après 1 200 heures en acier m a r t e n s i t i q u e à 13 % de c h r o m e : la surface pailletée a en fait très peu de relief; le grain apparaît très fin sur la cassure, mais la tranche noire est une tapure p r o v o q u é e par la trempe
à l ' h u i l e ayant donné HB > 600 B r i n e l l .
ces m é t a u x , n o t a m m e n t des aciers diphasés a u s t é n o - f e r r i t i q u e s au n i c k e l - c h r o m e et des c u p r o - a l u m i n i u m s ( s t r u c t u r e plus fine et dureté plus élevée avec n i c k e l ) , o n t des duretés m o y e n n e s de 180 à 330 B r i n e l l .
2. — D U R E T É . - S T R U C T U R E . - A C I E R S ET FONTES MARTENSITIQUES :
De t o u t e m a n i è r e , s'il a p p a r a î t dans l'indus- t r i e q u ' u n e dureté élevée du m é t a l n'est pas t o u j o u r s spécifique de résistance à l'abrasion, il semble avantageux, p o u r les p o m p e s à eaux chargées, d'avoir une dure té élevée du m é t a l en surface et dans la masse et une structure cris talline très fine : cette d e u x i è m e c a r a c t é r i s t i q u e est d'autant plus favorable à l'état de surface q u ' u n e p o m p e cavité souvent, par suite, de c o n - d i t i o n s de service plus o u m o i n s défectueuses.
De plus en plus n o m b r e u x et c o h é r e n t s , des r é s u l t a t s i n d u s t r i e l s en F r a n c e et à l'étranger c o n f i r m e n t l ' i n t é r ê t de ces d e u x facteurs q u i , à des degrés variables, c a r a c t é r i s e n t des aciers alliés, des fontes grises et des fontes blanches alliées à s t r u c t u r e m a r t e n s i t i q u e .
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U n acier ou une f o n t e c o n t e n a n t en quantité suffisante des é l é m e n t s d'alliages - - en p r a t i q u e n o t a m m e n t : « c h r o m e » ou « n i c k e l - c h r o m e »
— garde, après r e f r o i d i s s e m e n t à l'air, la struc- ture m a r t e n s i t i q u e caractérisée par une dureté élevée ( e n m o y e n n e 400 à 600 B r i n e l l ) et un g r a i n très fin. L e m é t a l est alors dit « auto- t r e m p a n t » ; sa dureté est sensiblement aussi élevée dans la masse qu'en surface. O n peul utiliser e x c e p t i o n n e l l e m e n t la t r e m p e à l'huile, mais la t r e m p e à l'air évite le danger de défor- m a t i o n s inacceptables o u de tapures du métal dues à nue t r e m p e trop b r u t a l e .
O n usine les foules grises après r e c u i t ; puis on t r e m p e à l'air.
I l c o n v i e n t p o u r tous ces p r o d u i t s de s'adres- ser s e u l e m e n t aux fondeurs qualifiés ou licen- ciés. U n revenu c o n v e n a b l e des pièces est indis- pensable.
3. — P O M P E S A EAUX CHARGÉES :
N o u s s o m m e s amenés à s u i v r e des essais depuis plusieurs années, n o t a m m e n t dans les H o u i l l è r e s : le lavage du c h a r b o n p r o d u i t des eaux s c h l a m m e u s e s tenant 120 à 300 g/1 de par-
Fin. 3. — Pompes à boues en fonte blanche type Nl-Hard. Sa conception ne nécessite qu'une rectification à la meule (Fonderies Verstraeten à Wetteren, B e l g i q u e ) .
Nous citerons les aciers ou les fontes alliés ayant donné des résultats intéressants avec l i q u i d e s chargés ou p r o d u i t s m i n é r a u x secs ou h u m i d e s :
—- acier à 13 % Cr, essayé t r e m p é à l'huile, dureté e n v i r o n 600 B r i n e l l ;
—• acier au N i - C r - M o : après t r e m p e à l'air, 4 0 0 à 500 B r i n e l l ;
— f o n t e grise à g r a p h i t e l a m e l l a i r e au N i - C r : 350 à 450 B r i n e l l ;
— f o n t e grise à g r a p h i q u e s p h é r o ï d a l au N i - M o : 450 à 550 B r i n e l l ;
— f o n t e blanche au N i - C r , type N i - H a r d amé- r i c a i n e ; usinage difficile, à é v i t e r ; 500- 550 B r i n e l l m o u l é e en sable; 600-700 B r i - nell m o u l é e en c o q u i l l e ; m o u l é e en c o q u i l l e , cette fonte a une charge de r u p t u r e et une tenue au c h o c m e i l l e u r e s q u e m o u l é e en sable, ce q u i résulte de la m i c r o s t r u c t u r e et de la plus grande finesse de g r a i n s ; sa résistance à l'abrasion est é v i d e m m e n t m e i l l e u r e .
ticules solides, d o n t 30 à 40 % de schistes et, en L o r r a i n e , d'argile s i l i c e u x ; en L o r r a i n e , les roues, les flasques d'usure ou les c o u r o n n e s d'étanchéité de p o m p e s d u r e n t , de ce fait et du fait de la n a t u r e acide de l'eau, 2 à 4 fois m o i n s que dans le N o r d et le Pas-de-Calais. E n fait, il faut distinguer par o r d r e de densité et d'abra- sivité décroissantes t r o i s types d'eaux chargées : les l i q u e u r s de f l o t t a t i o n (dites « l i q u e u r s denses » ) de schistes ou de m a g n é l i t e , les eaux s c h l a m m e u s e s définies ci-dessus, les eaux de c i r c u l a t i o n recyclées p o u r le lavage et obtenues après filtration, décantation — , p a r f o i s désar- gilage — , des eaux s c h l a m m e u s e s :
— A v e c les aciers et fontes grises usuelles ou f a i b l e m e n t alliées à s t r u c t u r e p e t i i t i q u e ( d u r e t é 150-250 B r i n e l l ) , les durées de service étaient de 400 à 600 heures en eaux s c h l a m m e u s e s en L o r r a i n e , et i n f é r i e u r e s à 300 heures en l i q u e u r de m a g n é t i t e .
—- T o u t e s choses égales par ailleurs, un p r o - grès sensible : 1 000 à 1 500 heures en eaux s c h l a m m e u s e s , fut constaté avec des aciers tijpv
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13 % de chrome et 0,4 à 0,5 % de C, d o n n a n t Ja s t r u c t u r e m a r t e n s i t i q u e et 600-650 B r i n e l l après t r e m p e à l ' h u i l e ; c e p e n d a n t on c o n t i n u e d'enre- gistrer de n o m b r e u s e s mises hors de service p r é m a t u r é e s après 300-600-900 heures, par suite de tapures de t r e m p e n o n décelées après t r a i t e - m e n t , ou de fissures apparaissant après un
T o u t e s choses égales par a i l l e u r s , la durée de ce type de fonte est 3 à 5 fois celle de la fonte b l a n c h e p e r l i t i q u e : c'est le r a p p o r t systéma-
t i q u e m e n t m e n t i o n n é p o u r eaux chargées et pour broyage aux E t a t s - U n i s , d'où la fonte N i - Hard est o r i g i n a i r e .
L ' e m p l o i de la fonte N i - H a r d en F r a n c e reste
Fin. 4. --- Pompe à subie et gravier pour dragage avec roue, c o q u i l l e , couronne d'étan- chéilé eu fonte blanche martensitique Ni-Hard, réalisée par Thomas Foundries Inc., B i r m i n g h a m , Ala., U.S.A. La durée est 4 à 7 fois celle obtenue avec des aciers alliés
traités. Débit 600 m V h d'eau et 150 tonnes de gravier jusqu'à 15 cm de diamètre.
temps de service sous l'effet des tensions i n t e r n e s ; nous avons v u des fissures presque diamétrales passant par le m o y e u ou à son voisinage sur des roues à p e i n e usées. L a t r e m p e m a r t e n s i t i q u e de cet acier reste délicate sur m o u l a g e m i n c e .
— D e p u i s un peu plus de deux ans, les H o u i l - lères o n t essayé, sur deux ou t r o i s types de p o m p e s à l i q u i d e chargé, la fonte blanche nickei-chrome type Ni-Hard, f o n t e m a r t e n s i t i q u e a u t o t r e m p a h t e (dureté 550-650 B r i n e l l ) : on o b t i n t en eaux s c h l a m m e u s e s 2 000 heures en L o r r a i n e et 3 000 à 4 000 heures dans le N o r d et le Pas-de-Calais.
encore l i m i t é parce, d'une part, le n o m b r e de fonderies susceptibles de bien r é g l e r la c o m p o - sition suivant le m o u l a g e et de réaliser des m o u l a g e s de q u a l i t é , est r e s t r e i n t , p a r c e q u e , d'autre part, on en est e m p ê c h é par les usinages nécessités par les organes et r o u e s de p o m p e s existantes. A u x E t a t s - U n i s l'usinage de cette
fonte m o u l é e en sable ou c o n t r e - c o q u i l l e est réalisé avec des m a c h i n e s et o u t i l s à c o u p e négative. Cependant on évite l'usinage par des f o r m e s simples a p p r o p r i é e s , par l ' e m p l o i de segments de r e v ê t e m e n t i n t é r i e u r du c o r p s et du diffuseur, p o u r les p o m p e s de dragage par e x e m p l e . L a fixation de l ' a r b r e sur la r o u e est
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facilitée par l ' e m p l o i d'un m o y e u en acier inséré dans le m o u l e avant c o u l é e .
L a f o n t e b l a n c h e m a r t e n s i t i q u e N i - C r type N i - H a r d est donc l a r g e m e n t adoptée aux Etats- U n i s p o u r les boues i n d u s t r i e l l e s abrasives, les installations de dragage et de t r a v a u x publics, les eaux de r i v i è r e , les eaux de m i n e s . Ainsi les T h o m a s F o u n d r i e s à B i r m i n g h a m - U.S. - réa-
lisent des p o m p e s de dragage de 2 500 m3/ l i r e f o u l a n t à 40 m è t r e s avec r o t o r en fonte N i - Hard, et de m ê m e des segments d'usure c h e m i - sant le corps, flasque et disque d'étanchéité, raccord d'aspiration : ce m a t é r i e l admet des blocs m i n é r a u x j u s q u ' à 15 c m .
A u barrage de F o r t P e c k sur le Missis- sipi, des segments d'usure d o n n è r e n t un service de 3 600 000 m8., avec une fonte blanche à 26 % de c h r o m e et de 4 200 000 m8 avec la fonte blanche N i - H a r d .
O u t r e son e m p l o i dans les l a v o i r s à c h a r b o n , citons en F r a n c e c e l u i p o u r des t u y a u x de remblayage h y d r a u l i q u e en L o r r a i n e (à M e r - lebach à t i t r e d'essai), p o u r des p o m p e s à pâte l i q u i d e crue de c i m e n t e r i e s ; enfin à la Centrale t h e r m i q u e de Harnes, p r è s de D o u a i , on o b t i n t 8 000 heures de services avec p o m p e à eaux cendreuses A l l e n - S h e r m a n d ' o r i g i n e en fonte b l a n c h e type N i - H a r d , la r o u e étant en fonte à 5 % N i et 1,4 % Cr et le corps en fonte à 4,4
%
N i et 1 % Cr.L ' i n t é r ê t des fontes grises martensitiqnes autotrempantes p o u r les p o m p e s à liquide- chargé abrasif est la possibilité d'abaisser la dureté par r e c u i t pour l'usinage, et de r e s t a u r e r la dureté désirée par t r e m p e à l'air suivie d'un r e v e n u c o n v e n a b l e : l ' h y d r a u l i c i e n , et le cons-
t r u c t e u r s u r t o u t , o n t d o n c toute latitude du p o i n t de vue tracé et réalisation :
— L a f o n t e grise m a r t e n s i t i q u e à g r a p h i l e sphéroïdal (1) alliée au N i - M o ( d u r e t é 400- 550 B r i n e l l suivant c o m p o s i t i o n et t r a i t e m e n t de r e v e n u ) semble avoir de r e m a r q u a b l e s p r o - priétées de tenue à l'abrasion, m a l g r é une expé- rience e n c o r e très récente. Cette f o n t e ne peut d'ailleurs être réalisée a c t u e l l e m e n t en F r a n c e que par deux ou trois f o n d e u r s . D e u x roues avec flasques d'usure de p o m p e s à l i q u e u r s denses de schistes o n t été coulées à t i t r e d'essai par les E t a b l i s s e m e n t s Chavy en cette f o n t e p o u r les H o u i l l è r e s ( L a v o i r Rousseau à V a l e n c i e n n e s ) . L a p r e m i è r e fut e x a m i n é e après 2 000 heures de service, là où l ' o n n'avait p u dépasser 600 à 700 heures avec d'autres m é t a u x . L a figure 5 m o n t r e une fissure radiale p a r t i e de l'arbre sans
(1) La fonte sphéroïdale est réalisée en France par pins de vingt fondeurs licenciés; sa ductilité est fonction du recuit opéré. Quelques-uns seulement élaborent des fontes alliées à graphite sphéroïdal.
F I G . 5. — Roue et flasques d'étanchéité de pompes à liqueurs denses de schistes mises hors service lors d'une première visite après 2 000 heures : en fonte sphéroïdale martensitique autotrempante dureté environ 500 B r i n e l l , charge de r u p t u r e 120 k g / m m2. La roue sans doute fis- surée en début de service après vissage de l'arbre, c o m -
portait des usinages importants (Ets C h a v y ) .
d o u t e a c c i d e n t e l l e m e n t lors de la fixation de c e l u i - c i : très p r o b a b l e m e n t cette r o u e a t o u r n é de façon p r o l o n g é e avec ce grave défaut en é c o u l e m e n t t u r b u l e n t . L a d e u x i è m e r o u e q u i Fa r e m p l a c é e a déjà a c c o m p l i u n temps de ser- vice supérieur.
— A c t u e l l e m e n t un essai est en c o u r s avec la m ê m e fonte p o u r roues de p o m p e s à eaux sableuses du R h ô n e ; après un an de service l'usure est faible (en fonte o r d i n a i r e : un m o i s de s e r v i c e ) .
— N o u s c i t e r o n s aussi cet e x e m p l e de l ' i n - dustrie c é r a m i q u e : un essai de filière-mouleuse de galettes à tuiles (pâte d'argile et scorie de l a i t i e r ) n'a donné que 15 0 0 0 galettes avec l'acier à 13 % de manganèse, mais 120 000 avec la f o n t e sphéroïdale m a r t e n s i t i q u e a u t o t r e m - pante.
N o u s ne p a r l e r o n s pas d'aciers i n o x y d a b l e s austénitiques n i c k e l - c h r o m e , type 18/8 o u 25/12 de dureté i n f é r i e u r e à 200 B r i n e l l . L e u r e m p l o i ne p a r a î t j u d i c i e u x , c o m m e l ' e x p é r i e n c e l'a m o n t r é du p o i n t de vue p r i x et p e r f o r m a n c e s , q u ' a v e c des eaux chargées n e t t e m e n t c o r r o s i v e s .
I L — A c t i o n à l a fois a b r a s ï v e et c o r r o s i v e
Un p r o b l è m e t o u j o u r s difficile est de d é l i m i - ter, dans l'attaque des m é t a u x , l'influence p r é p o n - dérante de liquides chargés ayant un caractère à la fois abrasif et corrosif; la d u r e t é du m é t a l p o u r r a souvent ne plus rien signifier.
U n tel p r o b l è m e s'est posé dans l ' é v a c u a t i o n d'eaux de suies de Centrales T h e r m i q u e s :
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r é c e m m e n t , dans une centrale française, les constatations et observations suivantes f u r e n t faites par le c l i e n t et le f o u r n i s s e u r sur une r o u e double de p o m p e c e n t r i f u g e à grande puis-
sance : cette p o m p e , c o n ç u e i n i t i a l e m e n t p o u r élever s e u l e m e n t une m i x t u r e à faible c o n c e n t r a - tion d'un p r o d u i t e x c e s s i v e m e n t fin, fut réalisée
cependant avec r o u e en acier spécial t r a i t é p o u r une dureté assez élevée, c h o i s i plus spéciale- m e n t p o u r résister à l ' a b r a s i o n ; la r o u e ne dépassa pas 300 à 400 heures de service, le métal, f o r t e m e n t gravé, accusant u n e p e r t e de poids rapide. Ce résultat i n a t t e n d u m i t en évi- dence l'aspect n e t t e m e n t c o r r o s i f des eaux de
Fui, 6 el 7. — Boue en acier faiblement allié Cr-Mo traité (échelle environ 1/5); aspect après 2 à 300 heures de service en eaux de suies de Centrale pH 5; perte de poids
rapide par corrosion, et érosion consécutive.
Via. 8. —- Même roue que fig. 6 et 7 de pompes à eaux de suies pH 5 : r e m a r q u e r l'aspect (échelle 3/4 e n v i r o n ) régulier de l'érosion résultant de la c o r r o s i o n et de l'abrasion ; faible perte de poids après 1 000 heures ; roue en fonte grise atisténitique
type Ni-ResJst n » 1 coulée pour ia Maison Bergeron par Dnrenne et Val d'Osnes.
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OCT.-NOV. 1955 - N " 5 L A H O U I L L E B L A N C H E 725
suies ( p H m o y e n 5) avec des v a r i a t i o n s de pH assez fortes e n t r e d e u x chaufferies, détail q u i n'est pas i n d i f f é r e n t au processus de l'attaque c h i m i q u e (fig. 6 et 7 ) .
L'essai de roues en b r o n z e , l o g i q u e dans ces c o n d i t i o n s , d o n n a une u s u r e plus r é g u l i è r e , u n m e i l l e u r aspect de surface; la durée a t t e i g n a i t ou dépassait 1 000 heures, fait d'autant plus i n t é r e s s a n t q u ' i n i t i a l e m e n t la p o m p e et la r o u e n ' é t a i e n t pas s p é c i a l e m e n t c o n ç u e s p o u r un liquide, c h a r g é , à la fois c o r r o s i f et abrasif.
N o u s avons r e c o m m a n d é alors, dans le b u t de r e c h e r c h e r une nette a m é l i o r a t i o n , u n essai avec une f o n t e grise N i - C u - C r à s t r u c t u r e austé- u i t i q u e ( d u r e t é de l ' o r d r e de 160 B r i n e l l ) , ce m a t é r i a u se c o m p o r t a n t b i e n dans l ' i n d u s t r i e c h i m i q u e , p é t r o l i è r e , etc., vis-à-vis de boues acides, basiques, c h l o r u r é e s ; après 1 000 heures, un e x a m e n s y s t é m a t i q u e révéla une u s u r e très r é g u l i è r e et superficielle, u n e perte de poids faible de l ' o r d r e de 17 % (fig. 8 ) .
M a l g r é le b o n aspect général du m o u l a g e en cette f o n t e , à m o u l a g e u n i t a i r e difficile d'ail- leurs, d e u x légers défauts de f o n d e r i e l i m i t è r e n t une p o u r s u i t e i n s t r u c t i v e de l'essai. O n p r o c é d a à un essai de r e c h a r g e m e n t avec métal d'apport c o n v e n a b l e : électrodes en f e r r o - n i c k e l à struc- ture a u s t é n i t i q u e ; la f o r m e de la r o u e et les épaisseurs réduites (8 m m ) des aubes et des voiles o n t r e n d u difficile le r e c h a r g e m e n t ; c e p e n d a n t , on devrait o b t e n i r des dépôts sains et, adhérents sur cette fonte a u s t é n i t i q u e .
E n r é s u m é , u n tel essai en cette f o n t e m é r i t e d'être r e p r i s . D ' a u t r e s m é t a u x d'ailleurs, b r o n - zes d ' a l u m i n i u m et d ' a l u m i n i n m - n i c k e l d o i v e n t aussi r e t e n i r l ' a t t e n t i o n .
I I I . —- A c t i o n c o r r o s i v e
L o r s q u ' u n e ACTION CORROSIVE du l i q u i d e es!
r e c o n n u e , o n ne d o i t pas p e r d r e de v u e que l ' a l l u r e de l ' é r o s i o n sera plus sensible à l'aspect de l ' a t t a q u e sur le m é t a l q u ' a u t a u x de l'at- taque. O n d o i t t o u j o u r s a d m e t t r e un taux d'attaque en r a p p o r t avec le service, et le p r i x du m a t é r i e l .
Une c o r r o s i o n r é g u l i è r e et u n i f o r m e de la sur- face doit c o n t r i b u e r à u n e érosion lente el m i n i m a .
Sur une r o u e de p o m p e , la c o r r o s i o n p r e n d assez s o u v e n t l'aspect d'une surface r é g u l i è r e - m e n t « g r a i n é e » : les alvéoles plus ou m o i n s ovales o n t plus ou m o i n s de relief et se t o u c h e n t les uns les a u t r e s ; la t e n u e à l ' é r o s i o n sera d'autant m e i l l e u r e q u e la d i m e n s i o n et la p r o - f o n d e u r des alvéoles s e r o n t très r é d u i t e s ; dans un l i q u i d e ayant u n c a r a c t è r e d ' é l e c t r o l y t e , un p h é n o m è n e de c o r r o s i o n g a l v a n i q u e p e u t en effet se d é c l e n c h e r si cette p r o f o n d e u r s'aggrave ifig. 9 ) .
F I G . 9. — Elément de roue (G = 1) en acier au chrome- molybdène trempé à l ' h u i l e ; les eaux acides et salines de lavoirs des Houillères de L o r r a i n e peuvent e x p l i q u e r le processus de cette attaque profonde : abrasion par les schlamms schisteux et siliceux et corrosion par les eaux ;
corrosion galvanique probable, le relief s'aeeusant.
Les p r o b l è m e s de lenue, en p a r t i c u l i e r dans l ' i n d u s t r i e c h i m i q u e ne sont j a m a i s t r o p bien examinés... c o m m e un cas d'espèce. O r si l'on c o n n a î t p o u r un grand n o m b r e de c o r p s leur a c t i o n sur les m é t a u x les p l u s usuels, i l est difficile en p r a t i q u e de p r é v o i r en c o u r s de r é a c t i o n ou après r é a c t i o n les effets c o r r o s i f s d'une c o m b i n a i s o n de c o r p s . P a r a i l l e u r s , l ' é q u i - libre d'un agent c h i m i q u e p e u t se t r o u v e r m o d i - fié suivant sa c o n c e n t r a t i o n , sa t e m p é r a t u r e , sa pression.
Des m é t a u x , sous l ' a c t i o n de c e r t a i n e s c o r r o - sions, laissent apparaître des p i q û r e s : p i q û r e s du cristal ou p i q û r e s i n t e r c r i s t a l l i n c s ; la t e n u e m é c a n i q u e de certaines pièces, l ' é t a n c h é i t é d'un c y l i n d r e ou cartel-, p e u v e n t être c o m p r o m i s e s ; l'état de surface a p p a r a î t r o n g é , creusé et une mise h o r s de service s u r v i e n t par érosion accé- lérée.
Certains m é t a u x résistent en fait à l ' a c t i o n c h i m i q u e grâce à un film p r o t e c t e u r : film d ' o x y d e de c h r o m e p o u r le 18/8, d o n t la tenue est e x c e l l e n t e à un g r a n d n o m b r e de p r o d u i t s o x y d a n t s , acides m i n é r a u x et o r g a n i q u e s , sul- furés. Si ce film est d é t r u i t ou e n d o m m a g é , le taux d'attaque p e u t devenir i m p o r t a n t ; dans certains cas on constate des p i q û r e s : des aciers a u s t é n i t i q u e s n i c k e l - c h r o m e plus chargés y sont
m o i n s sensibles en général q u e l'acier 18/8.
D ' a u t r e s m é t a u x aussi résistent b i e n dans toute leur masse et ne sont pas en général sen- sibles à la p i q û r e : par e x e m p l e , le M o n e l et autres alliages binaires n i c k e l - c u i v r e résistent aux agents c h l o r u r é s , à l'eau de m e r ; le M o n e l a u n e b o n n e tenue en m i l i e u r é d u c t e u r , mais le t a u x de c o r r o s i o n c r o î t en m i l i e u aéré.
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I V . — C o r r o s i o n g a l v a n i q u e
L A CORROSION GALVANIQUE p e u t p r e n d r e les aspects les plus v a r i é s ; n o u s en r a p p e l l e r o n s s e u l e m e n t q u e l q u e s - u n s . U n m é t a l p i q u é par attaque c h i m i q u e p e u t v o i r le t a u x d'attaque aggravé par un l i q u i d e à caractère d ' é l e c t r o l y t e .
Une f o n t e grise p e u t « g r a p h i t i s e r » , t e r m e barbare q u i e x p r i m e un p h é n o m è n e d'attaque et de d i s s o l u t i o n de la m a t r i c e d'acier e n r o b a n t le g r a p h i t e : la m a t r i c e disparaissant, il reste en relief le g r a p h i t e ; l ' é r o s i o n émousse ce relief, landis q u e progresse l'attaque. L a graphitisa- lion p e u t être p u r e m e n t c h i m i q u e . L e plus sou- vent, elle est causée par la n a t u r e é l e c t r o l y t i q u e du l i q u i d e q u i d é c l e n c h e , entre le g r a p h i t e c o n s t i t u a n t cathode et la m a t r i c e m é t a l l i q u e c o n s t i t u a n t anode, u n e , « c o r r o s i o n g a l v a n i q u e » s'aggravant l o r s q u e le relief s'accuse : on ob- serve une tendance à ce p h é n o m è n e entre pièces voisines en b r o n z e et en f o n t e dans l'eau de mer par e x e m p l e . E n p r é s e n c e donc d'un l i q u i d e ayant ou p o u v a n t p r e n d r e le c a r a c t è r e d'un é l e c t r o l y t e , le c o n s t r u c t e u r devra b i e n c o n s i - dérer l ' e m p l a c e m e n t des m é t a u x choisis, dans la série g a l v a n i q u e . B i e n e n t e n d u , l ' i m p o r t a n c e de l ' a c t i o n des c o u p l e s dépend des surfaces res- pectives des parties a n o d i q u e s et c a t h o d i q u e s .
Cependant le caractère de la l i q u e u r p e u t n é a n m o i n s d é c l e n c h e r une c o r r o s i o n entre deux m é t a u x de p o t e n t i e l s de d i s s o l u t i o n v o i s i n s , par e x e m p l e avec des sels d'acides f o r t s ou d'alcalis (sels halogènes n o t a m m e n t ) , de l'eau de m e r ...
L ' é l e c t r o l y t e p e u t é g a l e m e n t altérer le film p r o t e c t e u r de certains m é t a u x ; dans le cas de
l'acier 18/8, ce film p e u t être d'ailleurs créé a r t i f i c i e l l e m e n t par l ' o p é r a t i o n de p a s s i v a t i o n ; le 18/8 passive est b e a u c o u p plus c a t h o d i q u e que le 18/8 o r d i n a i r e : il sera d o n c m o i n s sujet à l'attaque q u e ce dernier.
R a p p e l o n s aussi q u e la p o l a r i s a t i o n c a t h o - d i q u e , c'est-à-dire l ' a c c u m u l a t i o n d ' h y d r o g è n e à la cathode p e u t abaisser j u s q u ' à zéro la cor- rosion g a l v a n i q u e . Mais la p r é s e n c e d ' o x y g è n e dissous p e u t s u p p r i m e r c e t effet. L e M o n e l est ainsi b e a u c o u p m o i n s résistant en m i l i e u agité, aéré.
V . — E a u x p o l l u é e s . — E a u x p o r t u a i r e s E a u d e m e r
Dans les eaux polluées, n o t a m m e n t dans les eaux p o r t u a i r e s , se d é v e l o p p e n t des m i c r o - o r g a - nismes q u i p r o d u i s e n t de l ' h y d r o g è n e sulfuré, des sulfures, de l ' o x y g è n e naissant. Il en résulte une a t t a q u e c h i m i q u e ou un p h é n o m è n e de cor- r o s i o n g a l v a n i q u e sur des m é t a u x c o n v e n a n t ha- b i t u e l l e m e n t , tels la f o n t e grise et le b r o n z e ma- rine. Ces effets p e u v e n t être g r a v e m e n t accentués et décuplés par des dragages en eau p o r t u a i r e
c a l m e — p o r t très a b r i t é . O n l'a constaté en raffi- n e r i e de p é t r o l e et après la r e m i s e en état du p o r t de D u n k e r q u e , p l u s r é c e m m e n t avec les eaux s a u m â t r e s de l'étang de B e r r e . D a n s un p o r t français de la côte a t l a n t i q u e , un c o n s t r u c t e u r o b s e r v a i t u n e tenue c o n v e n a b l e de p o m p e s m u l - t i c e l l u l a i r e s en f o n t e et b r o n z e p o u r bassin de r a d o u b ; l ' a t t a q u e des m é t a u x s u r v e n a n t , on essaya u n b r o n z e d ' a l u m i n i u m q u i se révéla i n s u f f i s a n t ; l ' e x p l o i t a n t spécifia l'acier 18/8...
nous ne savons s'il c o n v i e n d r a , mais n o u s a u r i o n s essayé plus v o l o n t i e r s èt plus é c o n o m i - q u e m e n t la f o n t e grise a u s t é n i t i q u e type N i - Resist n" 1 à e n v i r o n 14 % de n i c k e l , 6 % de c u i v r e , 2 % de c h r o m e , d o n t la t e n u e à l'eau de m e r , ou à des eaux p o r t u a i r e s , est générale- m e n t b o n n e .
A la c e n t r a l e d ' A s t o r i a à L o n g Island, des p o m p e s de 14 000 ms/ h de la W h e e l e r M a n u - f a c t u r i n g Co., p o u r eaux de c o n d e n s e u r s , p u i - sant les eaux très p o l l u é e s du p o r t de N e w - Y o r k , o n t leur r o u e de 2 m è t r e s de d i a m è t r e en acier a u s t é n i t i q u e à 25 % Cr et 12 % N i , l'arbre en M o n e l K ( c u p r o - n i c k e l avec A l , d u r e t é 270 B r i n e l l ) , et diffuseur et pièces d ' a s p i r a t i o n en f o n t e a u s t é n i t i q u e t y p e N i - R e s i s t .
I l n o u s p a r a î t i n t é r e s s a n t de p a r l e r i c i de certains m é t a u x nobles faisant l ' o b j e t d ' e m p l o i p o u r des eaux portuaires, ou l'eau de mer franche, et de r é s u m e r les c o n s t a t a t i o n s géné- r a l e m e n t faites du p o i n t de vue c o r r o s i o n , n o t a m m e n t sur des p o m p e s c e n t r i f u g e s , sur des h é l i c e s de navires ou autres m a t é r i e l s :
1. — A C I E R S AUSTÉNITIQUES TYPE 18/8 - TYPE 25/12 - TYPE 25/20 :
L ' a c i e r 18/8 à e n v i r o n 3 % de m o l y b d è n e p e u t donner un très b o n service, m a i s n'est pas à l'abri de p i q û r e s dans certaines eaux p o r - tuaires ou m ê m e dans c e r t a i n e s c o n d i t i o n s de service avec l'eau de m e r
N o u s avons déjà cité l'acier 25/12 p o u r r o u e de p o m p e à eaux p o l l u é e s du p o r t de N e w - Y o r k ; le 25/12 n'est pas à l ' a b r i des p i q û r e s .
P a r c o n t r e l'acier 25/20 c o n t e n a n t 3 à 5 % de m o l y b d è n e s e m b l e davantage à l ' a b r i de la c o r r o s i o n par p i q û r e ; p o u r cette r a i s o n , l ' U . S . N a v y l'a spécifié, par e x e m p l e , p o u r p o m p e s d'eaux a l i m e n t a i r e s .
N o u s a j o u t e r o n s une a u t r e r é f é r e n c e p o u r l'acier 25/20 : la W o r t h i n g t o n P u m p and M a c h i - n e r y C o r p o r a t i o n c o n s t r u i t p o u r les c h a m p s p é t r o l i f è r e s des p o m p e s c e n t r i f u g e s avec c o r p s , r o u e , c o u r o n n e d ' é t a n c h é i t é e n alliage W o r t h i t e à 24
%
N i - 20 % Cr - 3%
M o - 2 % Cu - 3,5 % Si, c o u l é par la L e b a n o n Steel F o u n d r y : on observe un service de 10 ans avec un p é t r o l e b r u t c h a r g é en eau salée.OCT.-NOV. 1955 - N ° 5 L A H O U I L L E B L A N C H E 727
2. — ALLIAGES BINAIRES TYPE C U P R O N I C K E L S ( * ) : U n très grand n o m b r e de bateaux dans le m o n d e , Y United States, Y America, la p l u p a r t des m a r i n e s m i l i t a i r e s , a m é r i c a i n e , anglaise, française, u t i l i s e n t p o u r les c o n d e n s e u r s des e u p r o - n i c k e l s type 70/30. Les q u a t r e conden-
sulfureux, ni p o u r eaux p o r t u a i r e s , celles-ci é t a n t susceptibles de déposer des m i c r o - o r g a - nismes dégageant O2 ou S H2; c e p e n d a n t on r e c o u r t au M o n e l K p o u r des c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s b e a u c o u p plus élevées q u e celles des autres c u p r o - n i c k e l s , p o u r des arbres de p o m p e s par e x e m p l e .
FIG. 10. — Roue Francis double en bronze Al-Ni à haute résistance « Inoxyda 53 » coulée par les Forges et Fonderies d'Alliages de Haute Résistance, P e t i t - Q u e v i l l y .
seurs a u x i l i a i r e s et p r i n c i p a u x de Y America c o m p o r t e n t plus de 60 tonnes de 70/30; ce métal résiste b i e n dans l'eau de m e r et dans les eaux p o r t u a i r e s ; il n'est pas sensible à la p i q û r e ; on l ' u t i l i s e l a m i n é , étiré ou en m o u l a g e , p o u r des organes de p o m p e s . O n a constaté que le 80/20 d o n n a i t aussi de bons résultats t o u t en étant m o i n s c o û t e u x . L e M o n e l , q u i résiste très bien aux m i l i e u x r é d u c t e u r s , aux c h l o r u r e s , n'est pas à r e c o m m a n d e r en m i l i e u aéré ou
( » ) Cupro-nickel 70/30 (70 % Cu — 3 0 % N i ) , Cupro-nickel 80/20 (80 % Cu —20 % N i ) .
3. - F O N T E S GRISES AUSTÉNITIQUKS A GRAPHITE LAMELLAIRE OU SPHÉROÏDAL :
Il existe différents types de fontes austéni- t i q u e s ; une l o n g u e e x p é r i e n c e déjà a d é m o n t r é la b o n n e tenue de la f o n t e l a m e l l a i r e type N i - Resist n" 1, citée plus h a u t à p r o p o s des eaux p o r t u a i r e s de N e w - Y o r k .
L ' i n d u s t r i e p é t r o l i è r e l'utilise aussi p o u r sa b o n n e tenue aux p r o d u i t s chauds c o r r o s i f s , acides, c h l o r u r é s , alcalins (sauf a m m o n i a c a u x ou c a r b o n a t e s ) .
728 L A H O U I L L E B L A N C H E N » 5 - O C T . - N O V . 1955
L ' i n t é r ê t de la f o n t e a u s t é n i t i q u e s p h é r o ï d a l e du m ê m e type p r o v i e n t de ses c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s , élevées, i n c o n n u e s avec les fontes lamellaires. Des raffineries de p é t r o l e françaises ont en service des p o m p e s c e n t r i f u g e s et à m o u - v e m e n t alternatif avec organes en cette f o n t e d o n n a n t R — 55 k g / m m "2, E = 30 k g / m m2, A = 24 % , Hn = 165, KM = e n v i r o n 3 k g m / c m2. U n e autre raffinerie l ' u t i l i s e p o u r vannes à p r o d u i t s chauds. Des p é t r o l i e r s français sont équipés de tuyaux en cette f o n t e , coulés c e n t r i f u g é s par P o n t - à - M o u s s o n .
Il semble b i e n q u e la f o n t e a u s t é n i t i q u e sphé- roïdale résiste à l'eau de m e r c o m m e la f o n t e l a m e l l a i r e type N i - R e s i s t .
4. — BRONZES D'ALUMINIUM ET D ' A L U M I N I U M - NICKEL :
Ils c o n s t i t u e n t un p r o g r è s r e m a r q u a b l e dans
la m é t a l l u r g i e des b r o n z e s du p o i n t de v u e des c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s , de la t e n u e à la c o r r o s i o n , à l ' é r o s i o n , à la c a v i t a t i o n , n o t a m - m e n t les bronzes d ' a l u m i n i u m - n i c k e l c o n t e n a n t 10 % d ' A l et 5 à 10 % de n i c k e l ( d u r e t é plus élevée, grande finesse de g r a i n ) . C e u x - c i offrent une e x c e l l e n t e tenue à l'eau de m e r .
L e u r l i m i t e de fatigue sous c o r r o s i o n dans l'eau salée est b e a u c o u p p l u s élevée q u e c e l l e des autres b r o n z e s ; on p e u t les usiner et les souder.
Les bronzes d ' a l u m i n i u m - n i c k e l c o m m e n c e n t à se d é v e l o p p e r en F r a n c e ; m a i s depuis des années ils s o n t utilisés p o u r des p o m p e s cen- trifuges, turbines, hélices, dans la m a r i n e et l ' a é r o n a u t i q u e , l ' i n d u s t r i e c h i m i q u e , les cen- trales t h e r m i q u e s . . . aux E t a t s - U n i s .
L ' A m e r i c a n M a n g a n è s e B r o n z e Co. réalise p o u r la M a r i n e U . S . des hélices ou pales d'hé- lices à 10 % A l - 5 % N i - 4 % F e avec ou sans manganèse.
E X I G E N C E S D E S E R V I C E E T I N C I D E N C E S U R L E C H O I X D U M É T A L
Ces exigences r e t i e n n e n t s o u v e n t davantage l ' a t t e n t i o n du c o n s t r u c t e u r , parfois de l ' u t i l i s a - leur, que la n a t u r e m ê m e des l i q u i d e s et leur action sur le m é t a l . N o u s ferons s e u l e m e n t cer- taines r e m a r q u e s en d o n n a n t des e x e m p l e s à p r o p o s de l ' i n f l u e n c e de la t e m p é r a t u r e , des pressions de service, des p r o p r i é t é s de f r o t t e - m e n t , d'amagnétisme...
1. -— E L É V A T I O N DE TEMPÉRATURE :
E n m i l i e u c o r r o s i f elle a c c r o î t , c o m m e c h a c u n sait, le taux d'attaque. O n t r o u v e p o u r t a n t une s o l u t i o n à bien des cas ardus grâce à certains métaux, c o û t e u x sans doute, m a i s p e r m e t t a n t l ' e x p l o i t a t i o n : ainsi un alliage t y p e H a s t e l l o y B à 32 % de m o l y b d è n e et 60 % de n i c k e l offre g é n é r a l e m e n t une b o n n e résistance à l'acide c h l o r l r y d r i q u e j u s q u ' à l ' é b u l l i t i o n , à toutes les c o n c e n t r a t i o n s .
L ' é l é v a t i o n de t e m p é r a t u r e avec les l i q u i d e s ayant un caractère d ' é l e c t r o l y t e p e u t abaisser leur pH n o t o i r e m e n t , d'où a g g r a v a t i o n de la c o r r o s i o n : une l i q u e u r alcaline, de pH 12, sera au pH 10 à 150° C par e x e m p l e ; une l i q u e u r p r a t i q u e m e n t n e u t r e d e v i e n d r a n e t t e m e n t acide à 100" ou 200° C. Des « Standard P u m p F i t - tings » a m é r i c a i n e s ont fixé des spécifications p o u r certaines a p p l i c a t i o n s , s u i v a n t l ' i n t e r v a l l e des pH de service.
Des v a r i a t i o n s de t e m p é r a t u r e p e u v e n t gêner le c o n s t r u c t e u r du p o i n t de v u e des coefficients de dilatation des métaux : par r a p p o r t à l'acier,
le b r o n z e a un c o e f f i c i e n t de 40 % plus élevé, l'acier a u s t é n i t i q u e 18/8 de 30 % , la f o n t e aus- t é n i t i q u e N i - R e s i s t de 30 à 40 % . U n e f o n t e au n i c k e l , type M i n v a r , à s t r u c t u r e a u s t é n i t i q u e , a un coefficient très faible de 5.10"°, i n f é r i e u r de plus de m o i t i é à c e l M de l'acier m o u l é ( 1 2 . 1 0 - « } , e n t r e 20 et 20U" C.
Les hautes o u les basses t e m p é r a t u r e s , pat- e x e m p l e + 200° à 600° C, o u —20*' à — 200° C, p r é o c c u p e n t s o u v e n t le c o n s t r u c t e u r .
Les fontes n o n alliées, de r é s i l i e n c e déjà m é d i o c r e à la t e m p é r a t u r e o r d i n a i r e , d e v i e n n e n l très fragiles en dessous, de 0° C. Cependant, avec des fontes a u s t é n i t i q u e s l a m e l l a i r e s ou sphéroïdales de c o m p o s i t i o n c o n v e n a b l e , on peul atteindre d,es t e m p é r a t u r e s de •—'20° à — 4 0 ° C.
Les aciers n i c k e l - c h r o m e a u s t é n i t i q u e s v o i e n ! leurs p r o p r i é t é s m é c a n i q u e s à peu près i n c h a n - gées e n t r e 0 et — 190° C; à cette t e m p é r a t u r e de — 1 9 0 ° C, la r é s i l i e n c e du 18/8 est e n c o r e 15 à 20 k g m / c m2. M o n e l et n i c k e l p r é s e n t e n t e n c o r e d'excellentes- c a r a c t é r i s t i q u e s aux. très basses t e m p é r a t u r e s . O n c o n ç o i t l ' i n t é r ê t de cette aptitude, en m a t i è r e de l i q u é f a c t i o n des gaz, en a v i a t i o n , ...
2. — P R E S S I O N DE SERVICE :
L ' é p r e u v e h y d r a u l i q u e est de p r a t i q u e c o u - rante p o u r les m o u l a g e s à p r e s s i o n , et le f o n - deur d o i t r e d o u b l e r de p r é c a u t i o n s p o u r la santé du m o u l a g e et son é t a n c h é i t é .
L ' e m p l o i des fontes usuelles à g r a p h i t e l a m e l -
O C T . - N O T . 1955 - N " 5 L A H O U I L L E B L A N C H E 729
laire est l i m i t é par les pressions élevées, les à-coups de p r e s s i o n . Cet i n t e r d i t est levé grâce aux fontes sphéroïdales o r d i n a i r e s o u alliées q u i o n t u n e l i m i t e é l a s t i q u e élevée, des allon- g e m e n t s , une r é s i l i e n c e q u ' o n p e u t a c c r o î t r e .
Des essais sur p o t s de p r e s s i o n de 8 à 10 m m d'épaisseur, en f o n t e s p h é r o ï d a l e à s t r u c t u r e f e r r i t i q u e , o n t p e r m i s de dépasser sans fissura- t i o n des pressions b i e n s u p é r i e u r e s à 5 Q 0 k g / c m2. Les A m é r i c a i n s u t i l i s e n t p o u r les pièces sou- mises à des pressions élevées la f o n t e sphéroï- dale f e r r i t i q u e ( A = 15 à 20 % ) .
A p p l i q u é e s au m é t a l , des pressions de service élevées ou leurs é q u i v a l e n t s : c o u p s de bélier, grande puissance de j e t sur auget de roues
de presse-étoupe; d e u x pièces, l ' u n e en M o n e l , J'autre en acier à 13 % de c h r o m e , o u t o u t e s d e u x soit en 18/8, soit en acier à 13 % de c h r o m e , o n t t e n d a n c e à g r i p p e r . L a f o n t e N i - R e s i s t l a m e l l a i r e , par e x e m p l e , avec son g r a p h i t e très a p p a r e n t et divisé, d o n n e un e x c e l l e n t f r o t t e m e n t p o u r chemises de c y l i n d r e s de p o m p e s , p i s t o n s et segments, paliers et presses-étoupes, c o n j o i n t e - m e n t avec arbre ou f o u r r e a u en acier i n o x y - dable, M o n e l o u n i c k e l .
E n m a t i è r e d ' é t a n c h é i t é et de g a r n i t u r e s de presses-étoupes, c i t o n s le p r o g r è s r é c e n t c o n - sistant à r e m p l a c e r la tresse par u n e g a r n i t u r e r o t a t i v e en m é t a l ( a c i e r 18/8 s t e l l i t é par e x e m p l e ) et un l i q u i d e g r a p h i t é c o n v e n a b l e à
Fin, 11. — Roue en acier 18/8 au molybdène pour industrie c h i m i q u e ; coulé par Schneider.
P e l t o n , e t c . . p e u v e n t p r o v o q u e r u n e fatigue du m é t a l ; les c o n s é q u e n c e s de celle-ci s e r o n t graves en c o n d i t i o n s c o r r o s i v e s ( c o r r o s i o n sous"
t e n s i o n ) ; en c h e m i n a n t dans l'épaisseur du m é t a l ( c o r r o s i o n f i s s u r a n t e ) , e l t a p r o v o q u e r a des r u p t u r e s graves i m p r é v i s i b l e s .
3. — F R O T T E M E N T :
U n grand c o m p t e t e n u des p r o p r i é t é s de f r o t t e m e n t é v i t e r a des déboires p o u r certaines pièces associées et susceptibles de s'user ou de g r i p p e r ; ainsi un f o u r r e a u d'arbre d o i t d o n n e r u n e x c e l l e n t p o l i en c o n t a c t avec u n e g a r n i t u r e
p r e s s i o n plus élevée q u e celle du l i q u i d e en t r a n s f e r t .
4. — P o u r certaines a p p l i c a t i o n s , le c h o i x d o i t p o r t e r sur des MÉTAUX AMAGNÉTIQUES : o n dispose n o t a m m e n t d'alliages de c u i v r e , d'alu- m i n i u m , d'aciers a u s t é n i t i q u e s au N i - C r , de f o n t e s grises a u s t é n i t i q u e s à g r a p h i t e l a m e l l a i r e ou s p h é r o ï d a l .
5. — Enfin, l o r s q u e l ' e x p l o i t a n t désire r e m e t t r e en état des pièces coûteuses, il p o u r r a o p é r e r des RECHARGEMENTS PAR SOUDAGE si le m é t a l de base s'y p r ê t e : alliages s p é c i a u x p o u r les r e c h a r g e m e n t s d u r s ; o u , dans u n b u t de
4
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r é p a r a t i o n m é c a n i q u e , électrodes en aciers aus- t é n i t i q u e s au N i - C r , en n i c k e l , en f e r r o - n i c k e l , avec enrobage c o n v e n a b l e , p e r m e t t a n t d'éviter une zone de t r a n s i t i o n m a r t e n s i t i q u e fragile et susceptible de c r i q u e r .
P o u r r e m i s e à la cote de certaines pièces
FIG. 12. — P e t i t e roue de t u r b i n e ; épaisseur des aubes 3 m m en fonte à graphite sphéroïdal p e r l i t i q u e n o r m a - lisé; dureté HK = 290, A = 5 % . F o n d e r i e G a i l l y à
Charleville.
(portées d'arbre) le chromage dur épais ( d u r e t é 400 à 900 V i c k e r s ) a p p o r t e r a une b o n n e tenue à l'usure, parfois à la c o r r o s i o n ; un nickelage
épais ( d u r e t é 125 à 400 V i c k e r s ) r e c o u v e r t d'un c h r o m a g e de q u e l q u e s dizaines de m i c r o n s sera résistant à la c o r r o s i o n et à l'abrasion, et m é c a n i q u e m e n t plus tenace.
6. — Dans ce c o u r t rappel de l ' i n c i d e n c e de certaines exigences de service sur le c h o i x du m é t a l , nous n ' a v o n s pas parlé de certaines c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s nécessitées par des c h o c s m é c a n i q u e s o u t h e r m i q u e s , par des vitesses p é r i p h é r i q u e s élevées q u i l i m i t e n t par e x e m p l e p o u r certaines pièces l ' e m p l o i des fontes à g r a p h i t e l a m e l l a i r e ou du b r o n z e ; nous n ' a v o n s pas parlé n o n plus de l ' e n d u r a n c e à la fatigue sous l'eau ou en m i l i e u corrosif, autres aspects m é t a l l u r g i q u e s de tenue.
Sur un autre plan, depuis des années, des essais de p r o t e c t i o n c o n t r e l ' é r o s i o n , c o n t r e la c a v i t a t i o n , se p o u r s u i v e n t avec r e v ê t e m e n t s spé- c i a u x ou de m a t i è r e s p l a s t i q u e s : des résultats excellents ou décevants sont enregistrés. Mais l ' e x p é r i e n c e m a n q u e q u a n t au m a i n t i e n des ca- r a c t é r i s t i q u e s p h y s i q u e s et m é c a n i q u e s de ces r e v ê t e m e n t s ; c o m m e n t é v o l u e avec le v i e i l l i s s e - m e n t , le coefficient de f r o t t e m e n t , l'adhérence au m é t a l ? L e u r e m p l o i restera l i m i t é sans d o u t e aux basses t e m p é r a t u r e s , et à une f o n c t i o n non m é c a n i q u e .
Les pompes...? c h a p i t r e difficile et é m i n e m - m e n t varié de l ' h y d r a u l i q u e , où le c h o i x du m é t a l est une i n c o n n u e à t r o i s p a r a m è t r e s liés ou n o n — tracé h y d r a u l i q u e , a c t i o n du l i q u i d e , exigences p h y s i q u e s et m é c a n i q u e s de service — q u ' i l c o n v i e n t de bien étudier p o u r la r é s o u d r e de m a n i è r e acceptable dans une t e c h n i q u e .
Dans ce texte, l'auteur a u t i l i s é certaines données exposées au cours d'une conférence le 17 novembre 1954, 10, avenue Hoche, devant les constructeurs de la Chambre Syndicale des Constructeurs de pompes.
