Forge et Coutellerie par Gérard HEUTTE Accueil Index A..Z Plan A propos... Contact Liens Bibliographie Manifestations Réalisations Débutants Pratique Métallurgie Atelier Coutellerie Forge A vendre

Microstructure des aciers L'acier est constitué de Fer et de Carbone. La façon dont ces éléments se combinent dépend de nombreux paramètres et détermine les propriétés de l'acier. Voici les principales "combinaisons" connues. Leur obtention est liée aux cycles thermiques (couple Température - Temps) appliqués à l'acier. Utilité Quel est l'intérêt d'étudier la microstructure des aciers ? C'est simplement parce que les propriétés mécaniques de l'acier dépendent de sa composition et très fortement de sa microstructure ! Microstructure et traitements thermiques sont étroitement liés ! Impossible d'étudier l'un sans l'autre. C'est un point important pour comprendre et donc progresser ! Malheureusement l'observation de la microstructure des aciers demande du matériel spécial dont le moins exotique est le microscope optique... Ferrite La Ferrite est du Fer-a avec une infime partie de carbone. Le carbone est alors en solution solide d'insertion dans le réseau cristallin ferreux. La solubilité du Carbone dans la Ferrite est très faible. Elle est au maximum de 0.022% à 727°C et décroit quand la température baisse pour atteindre 7x10-7% à 200°C. Dans la matière, la Ferrite est présente sous forme de Grains. Sa structure de base est cubique centré (CC). La Ferrite est ferromagnétique. La Ferrite est une structure tendre et souple. Sa dureté est de l'ordre de 10 à 15 HRC. Cémentite La Cémentite n'est pas une structure mais un carbure de Fer : Fe3C. La Cémentite contient 6.67% de Carbone (en masse). La Cémentite ne forme pas de Grain à l'échelle macroscopique. Elle peut se trouver sous différente formes : > Fines aiguilles, > Plaquettes, > Grains microscopiques, > Sans forme particulière, comme dans les joints de grain des aciers hypereutectoïdes. Voir par exemple la Perlite ci-dessous. Perlite La Perlite est composant biphasé comprenant de la Ferrite et de la Cémentite. La Perlite contient 0.77% de Carbone. Dans la Perlite, la Cémentite peut se présenter sous forme de lamelles ou de globules. Ce sont les cycles thermiques qui permettent de passer d'une structure lamellaire à une structure globulaire ou le contraire. Sur le croquis ci-dessous : A gauche Perlite Lamellaire. A droite Perlite Globulaire. En coutellerie, on aura tendance à rechercher la perlite lamellaire qui est plus dure. C'est le ratio entre la quantité de Ferrite et de Cémentite qui détermine le taux moyen de Carbone. Dans la matière, la Perlite est présente sous forme de Grains. La Perlite est ferromagnétique. La Perlite est une structure mi-dure. Sa dureté est de l'ordre de 40 à 43 HRC. Austénite L'Austénite est une solution solide de carbone dans du Fer- g. Sa structure cristalline est cubique à faces centrées (CFC). La solubilité du Carbone dans l'Austénite dépend fortement de la température : 0.77% à 727°C et jusque 2.11% à 1148°C. Le diagramme ci-contre donne la courbe correspondante. Cette solubilité est importante car les interstices entre les atomes de Fer sont plus grands dans une structure CFC que CC, permettant à plus d'atomes de Carbone de s'y placer. L'Austénite est paramagnétique. Bainite La Bainite est une structure très particulière. Elle se présente sous la forme d'aiguilles ou de plaquettes de Cémentite ordonnées dans une matrice de ferrite. Elle est obtenue par un refroidissement de l'Austénite avec une vitesse intermédiaire entre un refroidissement à l'air et une trempe. On distinguera la Bainite Supérieure, obtenue à une température plus élevée,a une structure plus grossière que la Bainite Inférieure où les aiguilles de Cémentite sont plus serrées. La Bainite Supérieure est une structure mi-dure. Sa dureté est de l'ordre de 40 à 45 HRC. La Bainite Inférieure est une structure assez dure. Sa dureté est de l'ordre de 58 à 60 HRC. Martensite La Martensite est une structure obtenue par un refroidissement rapide de l'Austénite. Les atomes de carbone n'ont pas le temps de migrer pour recomposer de la Perlite ou de la Cémentite. Ils sont pris au piège au sein du réseau cristallin. Lorsque la température passe en dessous d'un certain seuil nommé Ms (pour Martensite Start), la Martensite se crée. Au fur et à mesure de la baisse de température, le pourcentage Martensite crée augmente pour atteindre 100% à une température appelé Mf (pour Martensite Finish). Les températures Ms et Mf dépendent fortement de la composition de l'acier ! Si Mf est inférieure à la température ambiante, toute l'Austénite ne sera pas transformée en Martensite. Cette fraction s'appelle L'Austénite résiduelle. C'est pour réduire cette Austénite résiduelle que certains aciers alliés subissent une trempe cryogénique (pour passer en dessous de Mf). Le temps n'intervient pas dans la création de la Martensite. Seule la température atteinte détermine le pourcentage de Martensite crée ! Dans les aciers avec moins de 0.6% de carbone, la Martensite crée se présente sous forme d'aiguilles. Pour les aciers avec plus de 1% de carbone, la Martensite se présente sous forme de plaquettes. Les nuances intermédiaires contiennent un mélange d'aiguilles et de plaquettes. La Martensite est une structure très dure et très fragile (cassante). Sa dureté est de l'ordre de 65 à 66 HRC.