Forge et
Coutellerie
par Gérard HEUTTE Accueil
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Normalisation
Utilité
Lors du travail à chaud de la lame, les montées en température risquent de faire grossir le grain de l'acier. De même, une lame travaillée par enlèvement de matière devra subir ce traitement, car on ignore tout de la structure du métal à l'achat : Le grain peut être plus ou moins gros.
Voir le phénomène en détail sur la page consacrée au grain de l'acier .
La normalisation est donc un traitement thermique destiné à affiner le grain. De plus, une normalisation correctement conduite permet d'éviter presque à coup sûr les déformations à la trempe.
Tous les aciers ne tirent pas un bénéfice similaire de la normalisation. C'est le cas des aciers inox. La présence importante de chrome modifie fortement les données !
Cycle thermique
Voilà schématiquement le cycle thermique de normalisation :

Et les différentes phases :

(1) Chauffage
Le chauffage se fera à vitesse modérée.
La température de normalisation (TN sur le graphe) est spécifique à chaque acier.
A défaut de données précises, deux possibilités :
> Même température que pour le recuit.
> AC3 +30°C à 80°C (pour les hypoeutectoides) ou AC1 +30°C à 80°C (pour les hypereutectoides)

(2) Palier
La température de normalisation sera maintenue pendant un court moment, aux alentours d'une minute et un peu plus pour les pièces massives.

(3) Refroidissement
Le refroidissement devra être suffisamment rapide pour éviter le grossissement du grain. A l'inverse, il ne doit pas être trop rapide et créer de la Bainite ou de la Martensite.

Le schéma ci-dessus fait apparaître trois cycles successifs. Pour démarrer un nouveau cycle, on laissera diminuer la température jusque vers 450-500°C.
Chaque cycle se fera de préférence avec une température légèrement inférieure au cycle précédent ! Si la lame se déforme à l'issue d'un cycle, il faut redresser la lame et recommencer le processus au départ. Sinon, le redressement de la lame ne suffira pas à éviter les déformations à la trempe.
Mise en oeuvre
De même que pour le recuit, un four de trempe peut être très utile pour la chauffe et le palier. Mais pour le refroidissement, la baisse de température ne sera pas assez rapide.

On chauffera donc l'acier à la température de normalisation puis on le maintiendra le temps nécessaire (environ une minute). Cette opération pourra se faire directement à la forge. Dans une forge à charbon, on bougera la lame dans le feu pour une chauffe complète et homogène.
Il faut ensuite sortir la lame de la forge avec des tenailles pour le refroidissement. Plusieurs possibilités :
> Laisser tranquillement la lame refroidir à l'air libre. Je trouve ce refroidissement un peu lent.
> Mettre la lame devant un (gros) ventilateur.
> Balancer la lame par un ample mouvement du bras. C'est ce que je fais habituellement.
La lame va rapidement refroidir en passant du rouge-orange au rouge sombre, puis au noir. C'est à ce moment qu'on vérifiera la rectitude :
> Si la lame est tordue, il faut la chauffer à température de forge et la redresser. On devra recommencer les trois cycles complets de normalisation !
> Si la lame n'a pas bougé, on passera au cycle suivant.
Pour le cycle suivant, il faudra essayer de monter un peu moins haut en température.
Notes
> On fait en général trois cycles. Ce nombre ne doit rien au hasard. Les essais et les analyses ont montré que le premier cycle était très efficace. Chaque cycle successif est un peu moins efficace que le précédent ! Le quatrième n'a pratiquement plus d'effet perceptible ! On s'arrête donc à trois cycles !
> La normalisation permet de s'assurer une bonne finesse de grain. C'est un traitement thermique fortement conseillé !
> Il est tout a fait possible d'obtenir un grain fin sans normalisation. Il faut avoir une méthode de travail très rigoureuse au niveau des températures. Bien souvent, les forgerons qui ne font pas de normalisations finissent leur ouvrage en "blanchissant" la lame. Cette opération consiste à travailler dans la plage inférieure des températures de forgeage (et en dessous) en martelant doucement la lame avec un marteau et une enclume abondamment mouillés ! Cette opération fait sauter la calamine, améliore l'état de surface de la lame. En terme de traitement thermique (i.e. température et temps), elle présente une forte similitude avec la normalisation ! ! !
Auto-test
Pour être sûr de bien faire, expérimentation et test sont nécessaires. Voici une méthode pratique pour valider le processus de normalisation.

(1) Prendre un morceau d’acier (XC75), chauffer à l’orange pendant un quart d’heure pour augmenter la taille du grain. Tremper à l’huile l’extrémité de la barre.
(2) Casser l’extrémité de la barre en la serrant dans un étau et en l’entourant d’un chiffon pour éviter les éclats.
(3) Garder ce morceau comme référence de ce qu’il y a de plus mauvais. C’est ce qu’il faut éviter ! Ce morceau doit avoir un gros grain, comme du sucre, brillant et rugueux.
(4) Faire 3 normalisations.
(5) Tremper et casser l’extrémité de la barre comme ci-dessus.

> Si le grain a diminué, le processus est bon. Le grain doit être invisible à l’oeil nu. Si une loupe est nécessaire pour le voir, c’est OK !
> Si le grain a grossi ou n’a pas diminué, l’acier était trop chaud ou trop froid...

Ne pas hésiter à refaire ce test de temps en temps pour être sûr de ne pas avoir de dérive. Il est très facile de faire les normalisations un peu hautes en température, ce qui diminue leur efficacité.

D’après un post de Umbo/Greg sur forgefr, avec son aimable autorisation.