Forge et
Coutellerie
par Gérard HEUTTE
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Grain de l'acier
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Bases
L'acier n'est pas une matière homogène ! La page sur la
Microstructure
donne déjà un aperçu.
De plus, l'acier est constitué de grains juxtaposés. Chaque grain
peut contenir un ou plusieurs constituants, sous forme de lamelles, d'aiguilles
ou de perles...
La structure à l'intérieur d'un grain est en général assez
régulière. La frontière entre deux grains est appelée
"joint de grain". Ce peut être un simple changement d'orientation du
réseau cristallin ou bien un espace contenant une ou plusieurs phases de l'acier, comme
par exemple de la Cémentite. Voir le schéma ci-contre.
Par exemple, un acier hypereutectoïde à 1% de Carbone aura des grains de Perlite
(contenant 0.77% de Carbone) et des joints de grain avec de la Cémentite. Globalement
la proportion de Carbone est bien de 1%. Mais à l'échelle macroscopique,
l'uniformité n'existe pas ! ! !
Pourquoi s'en préoccuper ?
La taille des grains a une influence majeure sur les capacités mécaniques de
l'acier en terme de résilience et de pouvoir de coupe !
Une bonne lame doit avoir un grain fin.
Définition théorique de la taille du grain
Référence française : Norme NF EN ISO 643
Référence USA : ASTM
| N° |
Diamètre moyen (µ) |
Appréciation générale |
| -1 ou 00 |
500 |
Très grossier |
| 0 |
360 |
| 1 |
250 |
Grossier |
| 2 |
180 |
| 3 |
125 |
| 4 |
90 |
Moyen |
| 5 |
65 |
| 6 |
45 |
| 7 |
32 |
Fin |
| 8 |
22 |
| 9 |
16 |
| 10 |
11 |
Très fin |
| 11 |
8.0 |
| 12 |
5.6 |
| 13 |
4.0 |
Ultra fin |
| 14 |
2.8 |
| 15 |
2.0 |
Mais toutes ces informations ne sont pas utilisables facilement !
En pratique
Pour s'assurer que la taille de grain des lames est correct, il est nécessaire de faire
des tests !
Faites une lame avec votre méthode de travail habituelle. Puis cassez-la (en la
serrant dans un étau et en tapant fortement au marteau dessus). Le grain peut
alors être observer dans la zone de rupture. Si on le voit à l'oeil nu, il est
trop grossier. Si on le distingue un peu avec une loupe, c'est déjà bien (mais
peut mieux faire). Si on ne le voit pas avec une loupe alors c'est un grain
très fin !
Augmentation de la taille de Grain
Ce n'est pas un effet recherché, mais malheureusement fréquent !
Le grain a tendance à grossir via deux facteurs :
> Température élevée.
> Longue durée de chauffe.
Attention, la température est le paramètre critique pour la croissance du grain !
Le temps est un paramètre moins important. Une forte surchauffe aura plus d'impact qu'une
lame laissée au feu quelques minutes.
Le croquis ci-contre montre clairement ce qui se passe:
> La montée en température ne produit pas d'effet sur le grain jusque
AC1 (partie bleue).
> Entre AC1 et AC3, le grain se réduit (partie verte) !
> Si on continue d'augmenter la température ou si on maintient assez longtemps
un température supérieure à AC3, le grain grossit (partie rose et
orange)...
> Tout refroidissement ultérieur à partir de là aboutira sur un gros
grain.
Réduction de la taille de Grain
La taille du grain pourra être réduite par traitement thermique.
La figure ci-contre montre le principe :
> On monte en température un peu au dessus de AC3 (partie bleue).
> On redescend rapidement en dessous de AC1, avant que la taille de grain n'augmente
(partie verte).
> Dès que la température est repassée en dessous de AC1, plus de risque
de grossissement du grain.
> On peut alors chauffer l'acier pour recommencer cette opération.
L'ensemble de ces opérations se nomme la
Normalisation.
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