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DE L'AIR ET DE L'ATHANOR

Four de type Scharmbeck

Reconstitution du four découvert à Chorokhi

Fours de la région de Bassari au Sénégal

Four de type cuve ou bol

Chaleur et circulation de l’air

DU CO2 DANS LA TRANSMUTATION DU FER

Le Fer est Galvanisé par le Zinc

La galvanisation est l’action de recouvrir une pièce d’une couche de zinc dans le but de la protéger contre la corrosion. Le traitement est dit anticorrosif. Le mot vient du nom de l’inventeur Luigi Galvani (1737-1798), physicien italien ayant découvert le galvanisme. Dans l’industrie, on utilise surtout ce terme pour le procédé de « galvanisation à chaud au trempé ».

La galvanisation à chaud au trempé consiste à revêtir et à lier de l’acier avec du zinc en immergeant l’acier dans un bain de zinc en fusion à 450 °C environ.

Le fer pur possède trois formes allotropiques en fonction de la température :

jusqu’à 910 °C (point A3) : forme alpha (α), ferrite (cubique centré) ;

de 910 à 1 400 °C (point A4) : forme gamma (γ), austénite (cubique à faces centrées) ;

de 1 400 à 1 538 °C (température de fusion) : forme delta (δ), ferrite (cubique centré).

Les aciers inoxydables sont des aciers auxquels on a ajouté du chrome. Conformément à la norme européenne EN 10088-13, un acier est classé acier inoxydable s’il contient au minimum 10,5 % en masse de chrome et moins de 1,2 % de carbone.

Le chrome est un élément dit alphagène.

Il favorise fortement la forme ferrique. Sur le diagramme de phase Fe-Cr, le domaine austénitique est assez réduit et est représenté par un domaine limité appelé boucle gamma.

Coupe du diagramme de phase ternaire Fe-Cr-Ni montrant l’évolution du domaine austénitique γ en fonction de la teneur en nickel.

Le nickel est à l’opposé du chrome un élément dit gammagène.

Il ouvre le domaine austénitique. Le nickel favorise la formation de structures homogènes de type austénitique.

Il apporte les propriétés de ductilité, de malléabilité et de résilience.

HISTOIRE DE L'ACIER

L’Âge du fer se caractérise par l’adaptation du bas fourneau à la réduction du fer.

En poussant le vent, on attise la combustion et la température de fusion du métal est atteinte. On extrait le métal par vidange du creuset : c’est la production au haut fourneau. On obtient alors de la fonte, le fer liquide se chargeant de carbone au contact du charbon de bois. En effet, deux phénomènes complémentaires se déroulent dans le creuset du haut fourneau : le fer se charge de carbone lorsqu’il arrive au contact du charbon de bois, ce qui abaisse son point de fusion.

Puis ce métal fondu continue à s’enrichir en carbone, en dissolvant le charbon de bois. Les premières coulées de fonte ont été réalisées par les Chinois durant la période des Royaumes combattants (entre -453 et -221). Ceux-ci savent aussi brûler le carbone de la fonte, en le faisant réagir avec de l’air, pour obtenir de l’acier. Il s’agit du procédé indirect, car l’élaboration de l’acier se fait après l’obtention de la fonte.

En Europe et en Asie, durant l’Antiquité, on produisait également de l’acier en recarburant le fer avec des gaz de combustion et du charbon de bois (acier de cémentation).

Convertisseur Bessemer  à Sheffield

Fabrication d’acier au Moyen Âge dans un bas fourneau

Four de cémentation à Sheffield, en Angleterre

Un acier est un alliage métallique constitué principalement de fer et de carbone (dans des proportions comprises entre 0,02 % et 2 % en masse pour le carbone). La teneur en carbone a une influence considérable (et assez complexe) sur les propriétés de l’acier : en dessous de 0,008 %, l’alliage est plutôt malléable et on parle de « fer » ; au-delà de 2,1 %3, on entre dans le domaine de l’eutectique fer/carbure de fer ou bien fer/graphite, ce qui modifie profondément la température de fusion et les propriétés mécaniques de l’alliage, et l’on parle de fonte.

Entre ces deux valeurs, l’augmentation de la teneur en carbone a tendance à améliorer la dureté de l’alliage et à diminuer son allongement à la rupture ;

on parle d’aciers « doux, mi-doux, mi-durs, durs ou extra-durs » selon la « classification traditionnelle ». Dans les manuels de métallurgie un peu anciens, on peut trouver comme définition de l’acier un alliage fer-carbone où le carbone varie de 0,2 à 1,7 % ; la limite actuelle a été établie à partir du diagramme binaire fer/carbone. Toutefois, il y a des aciers avec des concentrations de carbone supérieures à ces limites (acier lédéburitiques), obtenus par frittage.

Le frittage est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion. Sous l’effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui forme la cohésion de la pièce.

Soufflets mus par énergie hydraulique,

Georgius Agricola, De re metallica, 1556

Athanor

Arlequinade :

Par où circule l’air (Co2) ?

Athanor

Haut fourneau au coke exploité à

Hayange en 1849

GANIMED

par Anibal Amiot

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CRÉDITS

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CONCEPTEUR WEB

www.freddymotion.com

Freddy Lavaury

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REMERCIEMENTS

Marie-Laure Pannier

Alexandre Tissot