Forge et
Coutellerie
par Gérard HEUTTE
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Acier : Notions de base
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Voici quelques informations de base qu'il faut connaître pour pouvoir aborder la
partie consacrée à la métallurgie.
Le Fer
Le fer est un élément courant. L'écorce terrestre en comporte un
fort pourcentage.
Dans la pratique, le fer pur est très rare : Les procédés industriels
permettant de passer du minerai au métal laissent toujours quelques impuretés.
Propriétés physiques majeures :
> Numéro atomique : 26
> Densité : 7.87 environ
> Température de fusion : 1538°C
> Conductivité thermique importante
> Conductivité électrique importante
Le Fer possède une propriété essentielle : Le polymorphisme
cristallin. C'est à dire que sa structure cristalline change en fonction de la
température :
T<A3=912°C : Le Fer est dit Fer Alpha (noté Fer-a
). Il est ferromagnétique (il
réagit à un aimant) jusque 770°C et paramagnétique au delà.
Sa structure cristalline est "Cubique Centré" : Les atomes de Fer sont
disposés sur les sommets d'un cube avec un atome au centre du cube.
A3<T<A4=1394°C : Le Fer est dit Fer Gamma (noté Fer-g
). Il est paramagnétique (il ne
réagit pas à un aimant). Sa structure cristalline est "Cubique Face
Centré" : Les atomes de Fer sont disposés sur les sommets d'un cube avec un
atome au centre de chaque face du cube.
A4<T<1538°C : Le Fer est dit Fer Delta (noté Fer-d
). Il est ferromagnétique. Sa structure
cristalline redevient "Cubique Centré".
Le fer "pur" n'est pas utilisé en coutellerie, du moins pour les
tranchants.
L'acier
La présence de Carbone en solution dans le fer peut modifier de façon importante
son comportement. On a alors un Système Binaire Fe-C.
On distinguera :
> Fer : La présence d'un faible taux de carbone (<0.05%) ne modifie quasiment pas
les propriétés du Fer.
> Acier doux : Une proportion limitée de Carbone (entre 0.05% et 0.35%) renforce les
caractéristiques mécaniques du fer (résilience). L'acier doux n'est pas
trempable.
> Acier : Entre 0.35% et 2% de Carbone, l'acier acquiert une propriété
essentielle. Il devient trempable. En le chauffant au "rouge" puis en le refroidissant
rapidement, l'acier acquiert une très grande dureté.
> Fonte : Au delà de 2% de Carbone, c'est de la fonte. La fonte est
généralement cassante. Elle n'est pas utilisée en coutellerie.
En coutellerie, on utilise généralement des aciers entre 0.5 et 1.6% de Carbone.
La page sur la microstructure
des aciers explique en détail les combinaisons du Fer et
du Carbone au sein de l'acier.
Le diagramme de phase
Fe-C donne la structure cristalline des aciers en fonction de leur
composition (i.e. pourcentage de carbone) et de la température.
Eléments d'alliage
Afin de modifier certaines propriétés de l'acier, des éléments
d'alliage peuvent être ajoutés.
Les éléments d'alliage les plus courants sont : Chrome, Manganèse,
Molybdène, Nickel, Silicium, Tungstène, Vanadium.
Les proportions peuvent aller de quelques dixièmes de pourcent jusque 20% !
Les aciers industriels sont normalisés. La désignation d'un acier permet de
connaître sa composition.
Voir la page consacrée à la
désignation normalisée des aciers.
Certains éléments "polluants" (soufre, phosphore) sont également
présents. Leur proportion doit être limitée.
L'ajout d'un élément d'alliage rajoute une dimension (i.e. un axe) au diagramme
de phase. Ce diagramme devient vite complexe et difficile à représenter. Pour les
diagrammes ternaires, on verra souvent une série de diagramme en fixant pour chacun un ou
plusieurs des éléments d'alliage.
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