Acier

Acier. C’est du fer qui contient de cinq à sept millièmes de carbone. La combinaison de la silice, du manganèse et de l’aluminium avec le fer produit également de l’acier. À l’état naturel, l’acier nous présente à peu près les propriétés physiques du fer ; il a, ou peu s’en faut, le même aspect, la même dureté, le même poids spécifique ; sa malléabilité, sa ductilité sont égales ; comme le fer, il peut se souder sur lui-même et n’entre en fusion qu’à une haute température. Cependant il y a plusieurs moyens de les distinguer : d’abord l’analyse, qui est plus facile que décisive : on lime un endroit du barreau qu’on veut interroger ; on y verse une goutte d’acide nitrique, qui décompose le fer en l’oxydant promptement : si le barreau est en fer, la tache qui en résulte est roussâtre ; s’il est en acier, la tache est noire, parce que l’acide ayant détruit le fer laisse à nu le charbon. Mais cette épreuve pourrait encore laisser des doutes ; celle de la trempe est infaillible. On sait que la trempe consiste à refroidir subitement l’acier à la température rouge en le plongeant dans de l’eau ou dir mercure. Ses effets sont de rendre l’acier plus dur, plus élastique, plus cassant, moins malléable, moins ductile et moins dense, d’une couleur généralement plus claire, et de lui faire conserver la polarité magnétique beaucoup mieux que le fer. Or, si l’on avait trempé du fer, il serait devenu bleu, et resterait mou, flexible et ductile comme avant la trempe.

Si l’on fait chauffer au rouge de l’acier trempé et qu’on le laisse refroidir lentement, il perd sa trempe et revient à son état primitif. Cette opération inverse se nomme recuit, et ses effets, comme ceux de la trempe, varient avec la température à laquelle on porte l’acier lorsqu’on le réchauffe. On tire parti de cette propriété pour donner à l’acier le degré de dureté qu’exige l’usage auquel on le destine. L’acier chauffé sur des charbons ardents passe successivement au jaune pâle, au jaune foncé, au rouge pourpre, au violet, au bleu foncé, et enfin au bleu clair. Le jaune indique que l’acier est encore très dur, tandis que le bleu clair annonce le minimum de dureté : c’est dans ce dernier état qu’on emploie l’acier pour la fabrication des ressorts de montres.

L’histoire ne dit rien sur l’époque où les hommes ont commencé à fabriquer l’acier. Aristote et Diodore font connaître les règles que l’expérience avait déjà transmises de leur temps pour le travail d’un fer qui devait avoir quelques rapports avec l’acier. Depuis eux l’art a fait des progrès importants. Les différents procédés en usage pour la fabrication de l’acier peuvent se rattacher à trois modes principaux: 1° l’acier obtenu directement des minerais, ou acier naturel ; 2° l’acier obtenu avec le fer épuré, ou acier de cémentation ; 3° l’acier obtenu par la fonte de l’acier de cémentation, ou acier fondu.

On obtient l’acier naturel ou acier de forge en affinant la fonte au feu de forge sous le vent d’un soufflet qui brûle une partie de leur carbone. La fonte est, comme on sait, un carbure de fer qui contient plus de carbone que l’acier. On conçoit donc qu’une décarburation partielle e la fonte peut fournir l’acier. Cet acier est ensuite forgé et mis en barres, mais il présente généralement des taches et des inégalités d’aciération qui nuisent à son poli. Les aciers naturels sont propres à la fabrication de la taillanderie, aux outils tranchants, etc.

L’acier de cémentation s’obtient du fer auquel on combine une quantité convenable de carbone. L’affinité du fer pour le carbone est telle que, lorsqu’on stratifié des barres de fer avec du charbon en poudre, de manière à pouvoir les maintenir à une chaleur rouge-blanc sans que l’air y ait accès, il se combine avec lui, et le carbone, après avoir pénétré la surface, tend à se mettre en équilibre en se portant au centre. De cette manière le fer se combine intégralement avec le carbone après un espace de quelques jours, qui varie suivant l’épaisseur des barres de fer. L’acier ainsi préparé n’est pas parfaitement homogène ; sa surface est inégale et boursouflée, circonstance qui lui a valu le nom d’acier poule, qui vient du mot ampoule. Pour rendre la carburation plus égale, il est nécessaire de le réchauffer et de le forger en réunissant plusieurs barres ensemble, de manière à former ce qu’on appelle des trousses. Les barres qui en résultent sont coupées et reforgées de la même manière une deuxième et une troisième fois. L’acier est dit de première, deuxième ou troisième marque, suivant qu’il a été forgé ainsi une, deux ou trois fois. L’acier de cémentation est employé à la fabrication des limes, des marteaux, des enclumes, d’un grand nombre d’outils et d’objets de quincaillerie.

L’acier fondu s’obtient de l’acier de cémentation, que l’on met simplement en façon dans un creuset, sous une couche de matière vitrifiable, pour empêcher l’air de pénétrer. Les lingots ainsi préparés présentent dans leur masse des cavités dues au retrait que prend le métal en se solidifiant ; en outre, ils ne sont pas malléables. On ne peut donc.les employer qu’après les avoir étirés et réchauffés convenablement. Quand l’acier fondu a subi ces diverses préparations, il est plus dur, plus homogène que les autres aciers et prend un superbe poli. Aussi le préfère-t-on pour la coutellerie fine. L’art de fondre l’acier est dû à un simple ouvrier du Yorkshire, Benjamin Huntsmann, qui établit son premier atelier près de Sheffield, en 1740. En France, les usines de Saint-Étienne fabriquent spécialement de l’acier fondu.

L’acier damassé est un acier fondu qui jouit de la faculté de laisser paraître uue sorte de moiré quand on attaque sa surface avec un acide. Ce moiré provient d’une cristallisation que produit au milieu de l’acier la présent e d’une minime quantité d’aluminium ; et comme ces cristaux sont ductiles, ils s’allongent avec le reste lorsqu’on étire cet acier. On l’imite en Europe en fondant ensemble du fer et de l’acier qu’on étire, plie, brasse et étire à plusieurs reprises, jusqu’à ce que chaque couche d’acier et de fer soit de la ténuité requise ; mais cette imitation reste encore bien au-dessous des produits de l’Orient. Les lames des sabres asiatiques présentent le phénomène de se laisser plier sans traces a élasticité, et avec cela elles ont un tranchant tel qu’elles coupent l’acier trempé. Cela provient, suivant Berzelius, de ce que le tranchant ayant seul été trempé, le reste de la lame conserve toute sa ductilité, et ces lames ne sont pas sujettes à se briser dans le combat, ainsi qu’il arrive aux lames complètement trempées.

Quant à l’acier indien nommé wootz, c’est un acier fondu très fin : il contient jusqu’à 2 pour 100 d’aluminium. Un alliage d’aluminium et de fer produit, dit-on, un acier qui vaut celui de Damas. L’addition du tungstène au fer, dans la proportion de 4 à 5 pour 100, donne aussi un acier d’une grande dureté.

On améliore l’acier de mauvaise qualité en l’alliant à des proportions très petites (environ 1/400) de métaux étrangers, tels que l’argent et le platine. L’Angleterre fabrique son meilleur acier d’un fer qu’on retire des minerais de la mine de Dannemora en Suède. Cet acier contient une petite quantité de manganèse et d’arsenic : on a en vain essayé de fabriquer artificiellement un fer capable de le remplacer.