Forge et
Coutellerie
par Gérard HEUTTE
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Diagrammes avec le facteur Temps
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Le diagramme binaire Fe-C donne beaucoup d'informations, mais sa lacune majeure est
de ne pas intégrer l'impact du temps !
Les métallurgistes utilisent en complément d'autres diagrammes. Il n'est
pas absolument nécessaire de les connaître parfaitement pour faire de bons
couteaux, mais leur compréhension permet de mieux cerner les principes importants.
Le temps
Les transformations de structure de l'acier dépendent de la température et du
temps. En effet, les changements de structure ne sont pas immédiats. De plus, les
variations de température mettent du temps pour pénétrer la matière.
Si on souhaite une pièce avec une température homogène, il faut la maintenir
à la température souhaitée pendant un "certain temps"... Pour
les travaux de coutellerie, compter environ une minute par millimètre d'épaisseur
de la lame.
Austénisation
Pour la majorité des traitements thermiques, il faut amener la lame à
l'état austénitique. Le diagramme présenté ci-contre (pour un acier
35CD4), est le diagramme d'austénisation. On y trouve des informations sur
l'apparition de l'austénite en fonction de la température et du temps ainsi
que les modifications du grain de l'acier en fonction de température et du
temps.
Ce genre de diagramme est rarement disponible pour un acier donné. Mais cet exemple permet
de comprendre le processus de formation de l'Austénite et l'impact d'un maintien prolongé
à différentes températures.
L'objectif est de passer au dessus de la ligne rouge (Austénisation totale et
homogène). Il faut simultanément limiter le grossissement du grain, en
évitant de maintenir un palier de température trop longtemps.
En résumé : Il ne faut pas trop chauffer et pas trop longtemps !
Diagramme TTT
Les métallurgistes utilisent un diagramme complémentaire : Le
diagramme TTT (Temps-Température-Transformation), également appelé
diagramme de transformation isotherme. Il permet de déterminer les
changements les structures de l'acier, à température constante.
Il est donc d'une utilité modérée, puisque les moyens
nécessaires à ce genre de transformations sont spécifiques (bains de
sels), peu courants et onéreux !
On préfère généralement consulter le diagramme TRC, plus proche
des conditions usuelles.
Bien entendu, il existe un diagramme TTT pour chaque acier.
La forme et la position du "Nez" de la courbe donne une indication du temps
dont on dispose pour refroidir l'acier lors d'une trempe.
L'exemple ci-dessous donne la courbe TTT du XC80 :
On voit que le temps "tn" est inférieur à la seconde !
Diagramme TRC
Lorsque le facteur doit être pris en compte, le diagramme TRC (Transformations
en Refroidissement Continu) est le plus utile ! Il est relativement représentatif
des conditions de refroidissement usuelles. Les différentes zones du diagramme TRC
définissent les transformations de l'Austénite. Là encore, sur la
gauche du diagramme apparaît un "nez". Il faudra que la courbe de
variation de refroidissement passe à gauche de ce "nez" pour une
bonne trempe.
La présence de Chrome dans l'acier décale fortement l'ensemble des zones
vers la droite, laissant plus de temps pour effectuer le refroidissement (trempe à
l'air).
Voici un exemple de diagramme TRC:
On y voit les différentes zones.
Les courbes en orange donnent les différents refroidissements. La courbe A
donne la plus grande dureté et correspond à une trempe optimisée.
Les courbes suivantes de B à F fournissent un résultat final de moins en
moins dur.
Synthèse
Il n'est pas nécessaire de connaître tous ces diagrammes pour
travailler correctement un acier ! Ces diagrammes sont une aide à la compréhension
des phénomènes. Ils ne sont vraimment utiles qu'aux métallurgistes.
Les fabricants d'acier fournissent la synthèse de toutes des informations en donnant
pour chaque acier, les données nécessaires à son travail :
Température de forge, de recuit, de trempe, milieu de trempe conseillé...
Ces informations sont donc réellement indispensables pour un travail de
qualité !
Conséquences sur la façon de travailler
De ces quelques notions de métallurgie, on peut extraire des lignes directrices
quand à la méthode de travail :
> Ne jamais "brutaliser" l'acier en chauffant comme un bourrin ! Il faut laisser le temps
aux transformations de se faire en douceur. On évite ainsi les défauts et
déformations ultérieures.
> Ne pas chauffer trop, pour éviter le grossissement des grains.
> Bien respecter les plages de températures préconisées.
> Bien faire des paliers aux températures cruciales pour homogénéiser.
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