RUBRIQUE 1 : L'Acier…

L’Acier de vos couteaux

Chapitre 1 – Historique & Production.

  • L’acier est connu depuis l’antiquité. Malgré la faiblesse des moyens techniques de l’époque, des aciers de médiocre qualité ont pu être obtenus dès l’époque romaine, tant pour la fabrication d’outils que pour celle des armes. La composition chimique des armes de cette époque reste proche des aciers au « Carbone » modernes avec néanmoins un très faible taux de cet élément. En réalité, on fabriquait sans le savoir de l’acier en forgeant le fer. En effet en chauffant sur de la houille du fer jusqu’à obtenir la couleur caractéristique « rouge-cerise » (1000-1050°C), le fer à cette température absorbe du carbone pour former de l’acier. On expérimenta également dès l’antiquité la technique de trempe.
  • Un net progrès a été réalisé tout au long du moyen-age; l’acier des armes fut nettement plus carburé (C: 0.2%) donc plus dur. Mais il faut attendre le 19ème siècle avec la révolution industrielle et le début de la chimie moderne pour obtenir de l’acier par décarburation de la fonte.
  • Techniquement les aciers ont fait de gros progrès grâce à l’utilisation massive de l’acier liée à l’industrie de l’armement juste avant la guerre 14-18. Dans les années 1920, les premiers aciers inox sont sortis des usines avec leurs applications dans les instruments de cuisine, casseroles inox, poêles etc ; aciers liés à l’industrie automobile. Puis les premiers couteaux à lames inox ont étés fabriqués. Ils ont eu une très mauvaise réputation, car leurs qualités tranchantes ne pouvaient pas rivaliser avec les aciers au « carbone ».
  • Les années 2000 ont été marquées par la révolution informatique, la téléphonie planétaire, la micro-électronique, l’avènement des écrans plats etc… autant d’avances technologiques que nous voyons tous les jours ! Mais il est plus difficile de visualiser les progrès réalisés dans la métallurgie de la coutellerie. Les lames d’aujourd’hui n’ont rien à voir avec celles du début des années 1990 !
  • Il y a trois manières différentes pour fabriquer de l’acier. Traditionnellement l’acier est obtenu par la technique de « décarburation » de la fonte produit dans les hauts fourneaux. C’est encore aujourd’hui la méthode la plus économique pour produire de l’acier austénitique et ferritique utilisé par l’industrie navale, automobile, fabrication de casseroles etc… Par contre les aciers utilisés en coutellerie sont du types martensitiques et sont fabriqués essentiellement par « synthèse » ou par la récente technique de « frittage » des métaux.
  • Il y a plusieurs types d’aciers: Les aciers « Austénitiques« , « Martensitiques » et ferritiques, ce dernier n’a pas d’application en coutellerie. Les aciers austénitiques sont des aciers « Doux« , qui contiennent moins de 0.16% de carbone; Ils ne prennent pas la trempe et sont « non magnétiques ». L’intérêt de cet acier réside dans le fait qu’il est malléable et facilement usinable. C’est l’acier de nos manilles INOX , de nos casseroles … C’est un acier « Mou », résistant au choc sec, mais qui peut être laminé à froid.
  • À haute température, l’acier est dans un état appelé « austénite » , Fe(g). Dans cet état, l’acier est plus « mou », plus facilement formable; c’est donc dans cet état que l’on étire et que l’on travaille l’acier à chaud (laminage, tréfilage, estampage).
  • Soudabilité : La soudabilité d’un acier (aptitude à se souder facilement) est inversement proportionnelle à sa teneur en carbone, autrement dit plus la teneur en carbone est élevée plus l’acier est difficile à se souder. Pour cette raison les aciers austénitiques sont utilisés dans l’élaboration de lames en acier « sandwich », laminé ou damas.
  • Utilisation de l’acier austénitique en coutellerie: Cet acier très peu carburé est également utilisé dans la fabrication de manche de couteau et aussi dans la production de vis, rivets, mitres « Inox« , ainsi que dans l’élaboration de lames spéciales. Par contre cet acier ne prends pas la trempe .

  • A) Définition de l’acier « Martensitique »
  • L’acier est un alliage Fer-Carbone contenant de 0.16 à 1.8 % de carbone. Au delà, il s’agit de fonte. Cet acier simple est appelé « Acier au carbone ». Plus la concentration de carbone est élevé plus l’acier est dur. La qualité du tranchant est généralement meilleure, mais revers de la médaille plus l’acier est dur plus il est cassant. Vous avez ci-dessus le diagramme d’équilibre FER-CARBONE versus la Température C°. On voit qu’à température ambiante le fer est en état de ferrite Fe(a) et au delà de 900°C sous forme d’austénite Fe(g).
  • Aciers Alliés : Par opposition aux aciers au carbone, les aciers alliés contiennent divers éléments capables de modifier sensiblement les propriétés physico-chimiques de l’acier d’origine. L’introduction d’autres éléments permet d’élever la concentration de carbone dans l’acier jusqu’à 2.11%.

  • B) L’ Acier Inoxydable
  • Comme la majorité des métaux, le fer a tendance à s’oxyder à l’air et à l’humidité. Dans le cas précis de l’acier, cette propriété est désastreuse car l’oxyde de fer est poreux et ne protège pas le métal sous-jacent. Ainsi, l’acier peut se piquer en « profondeur ». En présence d’eau, la conductivité de ce liquide provoque un courant d’ions qui s’accrochent à la lame d’acier, celle-ci se comportant comme une électrode. La présence de sel augmente la conductivité de l’eau, ce qui explique le caractère particulièrement corrosif de l’eau de mer. Au début du vingtième siècle les métallurgistes de l’époque s’aperçurent que l’apport d’une forte quantité de chrome (Cr) dans l’acier donnait à cet alliage une bonne résistance à la corrosion. A partir de 10% de Cr, l’acier ne se pique plus. A partir de 16% de Cr, les lames d’acier ne rouille plus à l’humidité et à l’eau douce; par contre ces lames peuvent rouiller à l’eau de mer et à certains agents chimiques.
  • Le problème dans l’élaboration d’un bon acier inox consiste à éviter la formation de carbure de chrome primaire à haute température. Plus la teneur de chrome et de carbone est élevée, plus la formation de carbure de chrome devient inévitable ! Lors de la solidification de l’acier, ces carbures de chrome apparaissent; ils sont relativement grossiers (20 à 30 µ) et nuisent à la formation d’une arête de coupe fine et régulière. Les aciers inoxydables ont eu une mauvaise réputation pour un usage en coutellerie en raison de leur tranchant peu performant. Aujourd’hui, les métallurgistes ont trouvé les techniques évitant la formation de carbures primaires grâces à l’ajout d’autres éléments tels que manganèse (Mn), nickel (Ni), silicium (Si), vanadium (V), tungstène (W), cobalt (Co), titane (Ti), et molybdène (Mo) ainsi qu’au control parfait des conditions physico-chimiques liées à l’élaboration de ces aciers de « Synthèse ». Nous verrons dans cet article comment l’ajout de certains éléments réduit la formation de Carbures de Cr.

  • C) Fabrication de lame en acier de « Synthèse ».
  • Aujourd’hui ces aciers « haut de gamme » de synthèse sont fabriqués à petite échelles dans des creusets acceptants 3-4 tonnes d’acier. Il faut penser que l’acier produit par décarburation de la fonte se traduit par des volumes de milliers de tonnes par jour. Au départ on introduit du minerai de fer qui est chauffé à ~ 1600°C au moyens d’énormes électrodes de graphite produisant d’intenses arc électriques amenant l’ensemble au delà de la température de fusion. Le fer en fusion est purifié au moyen de puissant jet d’oxygène. Puis divers éléments sont ajoutés en fonction du type d’acier recherché. Tout est rigoureusement contrôlé ! A chaque addition d’éléments nouveaux, une carotte d’alliage est prélevée et analysée de façon très sophistiquée en laboratoire. Les résultats des analyses tombent quelques minutes plus tard. La température et l’homogénéité de l’acier sont constamment vérifiées. Lorsque tous les résultats sont conformes, le feu vert est donné pour la coulé finale. L’acier incandescent est soit versé dans des gueuses afin d’obtenir des lingots destinés à la fabrication de couteaux forgés, soit laminé à chaud. Dans ce cas l’acier incandescent passe par de successifs laminoirs où ce serpent d’acier « au rouge » se rapproche constamment de la section finale. On fabrique ainsi des biseaux de 3-4 m de long destiné à la fabrication de lames par la technique du « Stock Removal » . Le but de cette technologie coûteuse est de pouvoir produire des lingots ou des biseaux d’aciers dont les caractéristiques soient toujours identiques. Il est impératif aux coutelier-artisans comme aux PME d’obtenir de l’acier aux caractéristiques constantes afin de pouvoir fabriquer des couteaux aux propriétés garanties.
  • Enfin les aciéries produisent également des rouleaux « Simples Biseaux » laminés à froid de 300-400 m de long, 20 mm de large, 2 à 0.3 mm d’épaisseur (Biseaux) . Ces rouleaux sont destinés à des industriels spécialisés dans la fabrication de couteaux de cuisine et de ménage économique.

  • D) Fabrication de lames en acier « Fritté ».
  • Le frittage des métaux est une technique dont la conception est apparue dès les année 1960 avec les progrès combinés des coulées sous atmosphère inerte, des machines à compacter à hyper haute pression, de fours à atmosphère contrôlée ainsi que tout l’appareillage de contrôle et de pilotage de ces équipements. Au début, cette nouvelle technique fut développée dans des laboratoires de recherche tant privés qu’universitaire. On ne compte plus le nombre de thèses, de publications scientifiques et de brevets industriels déposés sur le frittage des métaux. Si le frittage des métaux est somme toute en théorie simple, la mise en oeuvre des moyens technologiques pour la réalisation industrielle de cette technique est des plus complexe ! Tout est couvert par des brevets et des secrets de procédés de fabrication.
  • FABRICATION DES POUDRES FINES.
  • Quelques rappels pour mémoriser:
  • 1 mm = 0.001 m (1 millimètre)
  • 1 µm = 0.001 mm (1 micromètre)
  • 1 nm = 0.001 µm (1 nanomètre)
  • Il existe trois grandes classes de procédés de fabrication de poudres fines : les procédés mécaniques, physiques et chimiques. Les procédés mécaniques et physiques sont des techniques utilisées quotidiennement par l’industrie alors que les procédés chimiques sont encore au stade de recherche en laboratoire. Les poudres obtenues sont ensuite soumises à des procédés de conditionnement visant à empêcher toute dispersion et à garantir leur innocuité avant leur incorporation dans des matrices pour obtenir des objets.
  • Ces procédés se distinguent également par leur capacité de production. Certains sont déjà très largement utilisés dans l’industrie, d’autres sont spécifiques aux activités de laboratoire et de recherche.

  • 1) Procédé mécanique de fabrication des poudres fines : La « mécanosynthèse ».
  • On part généralement de poudres micrométriques (de 10 à 50 µm) de métaux ou d’alliages très purs . La mécanosynthèse consiste à faire subir à ces poudres micrométriques une série de broyages successifs afin d’obtenir des poudres de l’ordre du micromètre (µm) ou micron (µ) . Ces poudres sont alors introduites dans un conteneur scellé , agité fortement en présences de billes de tungstène dont le mouvement accroît l’énergie du système . La poudre est alors affinée et étudiée en continu jusqu’à l’obtention de la taille micrométrique désirée, généralement de 0.1 µm à 0.8 µm .
  • Ces méthodes mécaniques, issues directement de procédés bien maîtrisés pour des matériaux classiques, sont probablement celles qui sont les plus utilisées aujourd’hui et qui conduisent aux plus fortes productivités (plusieurs tonnes / heure). Elles sont connues sous le terme générique de « mécanosynthèse ». Cette méthode de production de poudres fines est celle retenue pour la fabrication d’acier fritté de coutellerie, ainsi que pour l’élaboration de beaucoup de pièces industrielles telles que des engrenages de boites de vitesse pour automobile, pignons de dérailleurs etc…
  • 2) Procédé Physique d’élaboration des nanoparticules. On ne parle plus ici de poudres ultra-fines sinon de nanoparticules. 1 nm = 0.001 µ (ou µm). Ces poudres ultra-fines de 20 à 80 nm (0.02 à 0.08 µm) intéressent avant tout l’industrie informatique, ainsi que les fabricants de semi-conducteurs.
  • Les méthodes physiques de fabrication des nanoparticules font toujours intervenir le changement d’état vapeur-liquide en phase saturée en atomes ou en ions métalliques. La condensation brutale de la vapeur métastable dans un gaz inerte (généralement l’argon) favorise la germination de très petits agrégats dont la croissance est à l’origine de la production de poudres ultra-fines. La vitesse de refroidissement et la densité de la sursaturation locale influencent la finesse des poudres obtenues.
  • 3) Le mélange de poudres : Dans le cas de production de poudres fines pour la coutellerie, seul le procédé de « mécanosynthèse » est économiquement viable.
  • Le mélange de poudres obtenues par mécanosynthèse est la première étape du processus de fabrication proprement dit, et est réalisé grâce à l’utilisation d’un conteneur scellé. Cette étape de mélange des poudres peut durer plusieurs heures.
  • Les principaux éléments du mélange de poudres sont l’adjonction des éléments d’alliage à la poudre de base (typiquement du Fe avec des adjonctions de C, Cu, Co, Cr, Ni, Mo, Cr, P, Mn, V, W, Si, et S selon l’acier désiré), ainsi que, éventuellement, l’addition d’un produit lubrifiant pour faciliter le compactage de la poudre pendant la compression. Les poudres utilisées doivent être de tailles micrométriques voisines. Pendant le mélange et la manipulation ultérieure, il est impératif de garantir l’homogénéité du mélange de poudre, car c’est la condition préalable afin de limiter au maximum les variations dans les processus ultérieurs.
  • 4) FRITTAGE : Le frittage est un procédé qui permet de réaliser des pièces mécaniques à partir de poudres plus ou moins fines. Ces poudres sont obtenues par divers procédés mécaniques, chimiques ou électriques. Cette fabrication est le travail de métallurgistes spécialisés dans la production de ces poudres très pures. Là aussi, la production de ces poudres extra-fines est couverte par des brevets industriels.
  • Les poudres élémentaires sont intimement mélangées dans un creuset de brassage dont la proportion dépend de l’acier recherché. Puis on les additionne d’une petite quantité d’un liant organique pâteux, afin d’obtenir une pâte homogène, aisée à mouler. Cette pâte est alors injectée à très haute pression dans un moule de fonderie. La pâte est chauffée dans le moule où l’on maintient la haute pression d’injection. La pâte chauffée se débarrasse alors des liants les plus volatils. La pâte remplit alors les formes exactes du moule. La pression de compactage est alors développée. Cette pression est considérable et peut dépasser 10 tonnes par centimètre carré.
  • On compacte la poudre entre un jeu de poinçons inférieurs et un jeu de poinçons supérieurs. Puisque les grains de poudre ont une forme extrêmement irrégulière, ils s’engrènent les uns dans les autres pendant la compression, afin d’adhérer mécaniquement ensemble, et il se produit un soudage aux points de contact entre les différents grains de poudre. Les grains comprimés ensemble créent ainsi un objet, qu’on désigne comme une «ébauche verte», qui est ensuite poussée hors de l’outil de compactage et écartée du sabot de remplissage, en même temps que le remplissage suivant a lieu. Cette opération de compactage à très haute pression est primordiale car elle doit écraser la structure cubique du fer, premier constituant de l’acier. Cette « ébauche verte », compacte, solide peut alors être « frittée ». Cette « ébauche verte » est introduite dans le four électrique dont les commandes de régulation de température sont très précises. Elles y est maintenue ~1 heure à une température légèrement inférieure à la température de fusion de l’élément du mélange le plus résistant à la fusion. L’atmosphère du four est rigoureusement inerte pour éviter toute oxydation (Argon). Après refroidissement, la pièce subit un traitement de surface classique. Quelques lames sont directement fabriquées de cette manière (par exemple: Santoku en ZDP-189) mais généralement les aciéries spécialisées produisent divers « biseaux » en aciers frittés pour les coutelleries haut de gamme; en effet peu de coutellerie possèdent la technologie sophistiquée nécessaire aux divers traitement pour travailler ces aciers d’exceptions.
  • 5) Caractéristiques de l’acier fritté :
  • L’une des caractéristiques spéciales des matériaux frittés est qu’ils sont poreux. C’est une caractéristique qu’on exploite pour la fabrication de pièces frittés telles que paliers et engrenages à auto-lubrification. Dans la plupart des cas, la porosité n’a pas d’importance pratique. Dans d’autres cas, la porosité est indésirable et doit donc être supprimée. Dans de tels cas, on scelle les porosités. On peut le faire par imprégnation avec un polymère (matière plastique), un traitement à la vapeur, ou par une infiltration avec un métal qui a un point de fusion plus bas que la pièce elle-même.
  • L’acier obtenu par frittage peut subir les même traitements thermiques que les aciers fabriqués par les méthodes classiques . Cela signifie que les processus qui sont appliqués sont les mêmes que ceux appliqués à l‘acier massif, et l’objet du traitement thermique est typiquement le même que celui qu’on exerce sur l’acier massif. Il peut s’agir par exemple d’accroître la solidité, la dureté, la résistance à l’usure et la résistance à la corrosion.
  • La trempe est effectuée sur des pièces qui ont une teneur en carbone relativement élevée, typiquement plus de 1% de C. Les pièces sont trempées à cœur et acquièrent une grande solidité et une grande dureté. En raison de la trempe à cœur, il faut s’attendre à quelques changements dimensionnels.
  • La présence de « pores » de l’acier fritté facilite les opérations de soudage avec d’autres aciers, ainsi que des opérations de traitement de surfaces tels que chromage, nitrocarburation, carbonitruration etc…
  • Le chromage est souvent effectué lorsqu’on souhaite obtenir un revêtement de surface décoratif qui apporte en même temps une protection contre la corrosion.
  • Il est important de souligner, que quel que soit le type de traitement de surface, on ne peut normalement pas s’attendre à obtenir exactement la même résistance à la corrosion de l’acier fritté traité que celle que ce traitement de surface confère au matériau massif. C’est dû au fait que la structure poreuse du matériau de base de l’acier fritté a une surface active nettement plus grande qui peut être attaquée par la corrosion.
  • Les aciers frittés ne sont pas utilisés en l’état. Par exemple HATTORI fabrique beaucoup de lame en acier COWRY-X (Core) en sandwich entre 2 couches de damas inox-Nickel. G.SAKAI fabrique des lames en ZDP-189 (Noyau) entre 2 couches d’acier ATS-55 (lame KITANO). Fällkniven utilise l’acier 3G pour l’élaboration de leurs modèles haut de gamme : VG2/SGPS/VG2. Les lames en acier fritté servent donc comme noyau (Core) aux lames les plus prestigieuses des meilleurs coutelleries mondiales.
  • On peut par frittage, obtenir directement des lames aux dimensions prédéterminées. C’est surtout vrai pour certains couteaux de formes très populaires tels que des « Santoku ». Par contre on fabrique surtout des plaquettes en aciers frittés, servant de base à l’élaboration de noyaux de lame « sandwich » par la technique de « stock removal ».
  • L’avantage essentiel des lames en acier fritté réside dans le tranchant obtenu avec ces lames. L’acier fritté étant réalisé avec des poudres ultra-fines (< 0.8 µ) l’arrête du fil de cette lame peut être inférieure au micron (µm), ce qui est impossible d’être obtenu avec les aciers conventionnels les plus performants. Acier fritté = Tranchant exceptionnel
  • La dureté des aciers dépend avant tout de la concentration de carbone de l’alliage. Les aciers alliés Hypereutectoïdes les plus carburés, ont une limite de 2.11% de C. Au delà on produit de la fonte . Cependant étudions l’acier Cowry-X et l’acier ZDP-189:
  • Cowry-X: Cr: 20% – C: 3.0% – V: 0.3% – Mo: 1.0% Dureté : 66-67 HRC
  • ZDP-189: Cr: 20% – C: 3.0% – V: 0.1% – Mo: 1.3% – W: 1.5% Dureté : 67-68 HRC
  • Nous voyons ici des alliages très spéciaux qui sans frittage ne pourraient pas exister. En effet des concentrations de C > 2.11% ne peuvent pas exister dans des aciers. Ces alliages produits par les aciéries nippones ont des caractéristiques physiques exceptionnelles. Remarquables tranchants alliés à des duretés inégalées. Du jamais vu !
  • Les aciers frittés produits par l’industrie métallurgique américaine sont d’excellentes qualités, par contre leurs duretés ne dépassent pas 63 HRC. Il en est de même pour l’acier SGPS utilisé par Fällkniven.
  • Si toutes les lames réalisées en aciers frittés présentent des tranchants remarquables, elles sont toutes onéreuses. Quelques fois, il peut exister des ambiguïtés; Ainsi « Crucible Metalurgie Inc » fabrique deux excellent aciers: L’acier 154CM et l’acier CPM-154. L’acier 154CM fut développé pour rivaliser avec l’ ATS-34 japonais, mais ce n’est pas un acier fritté. Il n’a jamais pu s’imposer car plus chère que l’ATS-34 et un peu moins performant. L’acier CPM-154 est le même acier mais fritté. Et là c’est du très bon ! Le prix aussi. (CPM: P de particules). Il existe un excellent acier japonais aux propriétés mécaniques remarquables appelé G3 : Gingami N°3 . Ne pas confondre avec l’acier 3G utilisé par Fällkniven: VG2/SGPS/VG2.
  • En conclusion tous les aciers frittés présentent des qualités exceptionnelles pour fabriquer des lames de couteaux. Seul inconvénients, leurs prix !
  • Il est bien évident que ce procédé complexe de fabrication d’acier de couteaux a un coût de production élevé.

Chapitre 2 – Fabrication des lames.

  • A) LAMES FORGÉES

– A ) LAMES FORGEES (voir schéma ci-dessus).

  • L’acier est porté à température de « formage », c’est à dire un créneau de température permettant la mise en forme de la lame (1000-1100°C). La lame est ensuite forgée. Cette opération était naguère, réalisée à l’aide de marteaux et d’enclumes. Certains artisans continuent aujourd’hui à exercer leurs arts de cette manière afin de réaliser des couteaux « customs » d’intérêts.
  • Aujourd’hui certaines entreprises employant la technique de FORGE utilisent des presses hydrauliques (Forge de Laguiole, couteaux Sabatier). Dans ces entreprises l’acier incandescent est frappé par des presses hydrauliques développant des pressions de 300 à 500 tonnes.
  • LE BARREAU RETREINT FORGE (à droite sur le schéma)
  • Il s’agit de la méthode de réalisation de couteaux de cuisine forgés la plus répandue en Europe.
  • La première étape consiste à former une masse de métal sur un barreau d’acier à l’emplacement de la future mitre. Pour se faire, on fait appel à la technique du refoulage : la zone ciblée est chauffée, la bande d’acier est « comprimée » de part et d’autre, l’acier se déforme localement et forme un amas de matière.
  • La deuxième étape consiste à forger la masse de métal obtenue ainsi que la lame et la soie.
  • Comme la méthode « traditionnelle », cette méthode utilise la forge uniquement pour sa capacité à obtenir des pièces massives. Dans les deux cas, le couteau n’est pas seulement constitué d’une seule et même pièce mais il est surtout entièrement forgé. L’avantage de la technique du barreau rétreint forgé consiste en la facilité d’automatiser ce procédé. Les chûtes de matières sont également plus faibles.
  • TREMPE : Les lames sont brutalement refroidies généralement dans un bain d’huile ou d’eau salée. Cette opération leur procure la dureté, qualité nécessaire à l’obtention d’un bon tranchant. (Voir l’article sur la trempe).
  • REVENU : Les lames trempées sont très dures mais très cassantes, difficilement utilisables en l’état. Afin de rendre ces lames plus flexible (mais de dureté inférieure), on les soumet à une étape appelée « LE REVENU »; les lames trempées sont lentement chauffées à température de revenu, puis laissées revenir lentement à température ambiante. En modifiant la température de revenu, on peut obtenir des lames plus ou moins dures, plus ou moins souples et ceci à partir de lames issues du même acier, forgées et trempées de la même manière. Prenons le cas de l’acier 440C: Forgées à 1060°C, puis trempées à l’huile, sa dureté oscillera entre 60-61 HRC (Rockwell: unité de mesure utilisée pour mesurer la dureté d’un métal); après une étape de revenu à 200°C sa dureté sera de 58 HRC; à 300°C celle-ci tombera à 56 HRC et à 350°C, cette dureté ne sera plus que de 55 HRC (Couteau inox beaucoup plus souple).
  • B) LAMES OBTENUES PAR « STOCK REMOVAL »

  • B) TECHNIQUE DU « STOCK REMOVAL ». (voir schéma ci-dessus).
  • L’artisan coutelier (ou la PME) achète à l’aciérie des biseaux appropriés; ceux-ci peuvent être des biseaux simples ou bien des biseaux doubles en fonction du type de lames à réaliser. L’artisan trace alors le dessin de la lame sur le biseau.
  • Découpage: La plaque d’acier est découpée et sablée à l’aide de divers outils (scies à ruban, limes et divers abrasifs , découpe au laser…) jusqu’à l’obtention du profil désiré. Les PME en coutellerie réalise le découpage des lames au moyen de puissants emporte-pièces (opération souvent automatisée) . La plaque d’acier est ensuite rectifiée et sablée.
  • Emouture : Etape essentielle consistant en partant d’un lingot, d’un biseau qui est soit aciéré soit forgé, de donner par arrachement de métal, la forme qui donnera la coupe à la lame. Des lignes guides sont tracées sur chaque côté de la lame pour réaliser l’émouture (partie de la lame qui s’amincit pour former le tranchant). L’émouture est réalisée à l’aide d’une ponceuse à bande. Des bandes abrasives de différents grains permettent d’obtenir un fini lisse et sans égratignure.
    Traitement thermique: Dans l’état actuel, la lame n’est pas assez dure pour conserver son tranchant. La lame est donc chauffée à 1000-1100°C et subira une opération de trempe et de revenu comme dans le cas des lames forgées. Seul l’opération de trempe permettra d’obtenir de l’acier MARTENSITIQUE de dureté élevée (voir la rubrique « trempe » à suivre). Après le traitement thermique, la lame est recouverte d’une couche d’oxydation qui doit être enlevée; La lame est donc sablée avec des abrasifs de plus en plus fins et ensuite polie à l’aide de meules de coton et de pâtes abrasives.
  • Nota: Les artisans et les PME réalisent eux mêmes le traitement thermique d’aciers simples tels que les aciers « au carbone » et certains aciers alliés tels que 420 – 440 – 12C27 etc … Par contre, les aciers performants d’aujourd’hui tels que l’ATS-34, VG-10, 19C27 nécessitent des trempes sous atmosphères inertes à pressions contrôlées (Argon), voir au gradient strictement régulé de la baisse de température, suivi d’un traitement cryogénique à l’azote liquide. Dans ce cas, seul des entreprises spécialisées ou la propre aciérie possèdent la technologie nécessaire pour mener à bien ces opérations délicates. Il faut reconnaître que la supériorité actuelle de la coutellerie nippone est dû au fait que les artisans et les PME travaillent à quelques Km des aciéries et en étroites collaborations avec celles-ci. Les couteliers japonais, disposant ainsi de la meilleure technologie, produisent souvent des couteaux d’exceptions.

  • C) LAMES ECONOMIQUES
  • Nous avons vu dans les chapitres précédents comment étaient fabriquées les lames trempées. Ce traitement thermique coûte cher ! C’est pour cela que les aciéries produisent également des rouleaux d’acier laminés à froid. Ce sont des biseaux de 300 – 400 m de long, 19 – 25 mm de large; l’épaisseur du biseau est de 0.3 – 2 mm ; ce rouleau d’acier est livré traité et poli. La dureté de l’acier est généralement de 40 – 45 HRC. A partir de ces biseaux, et après redressement, de puissants emporte-pièces découpent des centaines de lames par minute. Toutes ces opérations de découpage sont automatisées. Les lames passent ensuite à une opération de meulage pour obtenir des lames micro-dentées. Pour que le prix de revient de ces lames soit le plus bas possible, il est intéressant de partir d’un profil de biseau très proche de la forme finale de la lame. Le manche est réalisé en plastique moulé; cette opération est également automatisée. Cette technologie est utilisée pour la fabrication de couteaux d’office et de ménage économiques.

Les aciers « Multicouches »

  • A) Les aciers « Sandwich ». Une lame de couteau doit posséder deux qualités contradictoires : Posséder un tranchant acéré, donc être réalisée à l’aide d’ un acier fortement carburé et être résistante à la casse, donc, être réalisée avec un acier faiblement carburé. Pour résoudre ce paradoxe, l’astuce technique consiste à prendre en sandwich une feuille d’acier fortement carburé (pour le tranchant), entre deux feuilles d’acier faiblement carburé (pour la résistance). La qualité du résultat est sans appel. Si le principe est simple, la mise en oeuvre est plus délicate car la soudure à la forge est peu évidente. Le catalyseur quasi indispensable est le BORAX. Son rôle est double. En enrobant le métal chauffé, il permet d’atteindre les très hautes températures nécessaires à la prise de la soudure sans que le métal brûle. Et il limite la production d’oxygène et de calamine sur les surfaces à souder et rend, en conséquence, l’opération de soudure, plus aisée.
  • Les aciers« Sandwich » ont été très utilisés par les Scandinaves dans l’élaboration de leurs couteaux haut de gamme. (Helles-Brusletto).
  • Les Japonais utilisent également cette technique dans l’élaboration de leurs fameuses lames « Sanso » ou « San Mai ». Exemple: SUS430/VG-10/SUS430 ou ATS-55/ZDP-189/ATS-55. Cette technique permet d’obtenir une lame en VG-10 Sanso trempé à 62 HRC, et une lame en ZDP-189 San Mai d’une dureté de 67-68 HRC (Lame « Kitano »).
  • B) Les aciers « laminés ». On part souvent de lames en aciers très durs comme le VG-10 trempé à 61 HRC et qui est utilisé comme âme centrale. De chaque coté de cette lame, on ajoutera alternativement des couches d’acier inox (Généralement 16 couches de chaque coté), souvent austénitique, faiblement carburé, tel que SUS-430 ou SUS- 431. Quelquefois on ajoute également de fines couches de nickel . Ces lames sont de nouveau forgées puis subiront un traitement à l’acide suivi d’un polissage final, pour obtenir une finition parfaite, tant sur un point de vue technologique qu’esthétique. Cette technologie est aujourd’hui largement utilisé de par le monde dans la réalisation de couteaux haut de gamme. Citons G.SAKAI, HATTORI, KASUMI, pour les couteaux de cuisine; SEKICUT, MCUSTA, G.SAKAI pour les couteaux de poche, ITOU, HATTORI et G.SAKAI pour les couteaux de chasse. Tous ces fabricants réalisent des lames en VG-10 laminé 33 couches. Contrairement à l’acier « Damas » qui est réalisé artisanalement, l’acier laminé est produit industriellement à petite échelle où toutes les conditions de production sont rigoureusement contrôlées et reproductibles. Ici la beauté est un plus. L’essentiel réside dans les qualités mécaniques du tranchant des lames ainsi obtenues. On obtient par cette technique des lames très fines (Plus fine que dans les lames « Sanso ») d’un remarquable tranchant et possédant une certaine souplesse.

  • C) Les aciers « Damas ». L’acier Damas est obtenu en soudant alternativement des couches d’acier dur et d’acier doux, les unes sur les autres. Le premier travail dans l’élaboration de lames « Damasées » est d’obtenir un bloc d’acier nommée « Trousse ». cette dernière est réalisée en coupant et en empilant les unes sur les autres des barres d’acier de caractéristiques différentes, puis en soudant l’ensemble en un seul bloc. La trousse est ensuite chauffée au rouge, étirée puis coupée en plusieurs morceaux qui sont de nouveaux empilés et soudés. En multipliant ces opérations de pliage et soudage, le nombre de couches suit une progression géométrique. Le nombre de couche optimal pour obtenir un résultat artistique satisfaisant est de 64 à 512 couches. Le traitement chimique par l’acide, produisant des attaques différentes sur ces diverses couches d’acier, produira un dessin sur la lame d’une grande beauté. Une autre technique est celle du damas twisté. Dès que l’on obtient des lames de 4 ou 8 couches, on les chauffe au rouge, on les tord par vrillage, on les forge une dernière fois avant de les tremper. Ces lames une fois limées, travaillées à l’acide sont polies, laissant apparaître des rosaces de toute beauté.
  • Damas Mosaïque: C’est la technique la plus difficile. On part généralement de petites barres d’acier 100 x 10 x 6 mm et de plaque de nickel 100 x 100 mm, 3 mm d’épaisseur. Les barres d’acier sont décapées de tous corps gras puis empilées entre les plaques de nickel. Cette « trousse » est maintenue à l’aide de cordons de soudure. la trousse est alors chauffée au rouge vif en présence de Borax puis battue au marteau pilon. La trousse présentée ici en photo contient 100 barres d’acier et plaques de nickel. Une fois la première soudure réalisée, la trousse est chauffée de nouveau puis étirée, quelquefois torsadée,afin d’obtenir le motif recherché.
  • Dans ces trois cas, ces lames correspondent à des créations artistiques. Ce sont des oeuvres d’art. Les caractéristiques mécaniques de ces lames ainsi que leurs tranchants sont généralement moyens.
  • Afin de rendre les couteaux à lame « Damas » performants HATTORI fabrique des aciers « Damas » torsadés Inox-Nickel. Il fabrique d’autre part une fine lame en acier COWRY-X trempé à 66-67 HRC . Cet acier est alors pris en « Sandwich » entre 2 épaisses couches de Damas au Ni. Le résultat est sans appel: ça coupe, c’est beau mais c’est très onéreux !
  • D) Les aciers à lames traitées. Il s’agit d’une projection de nitrure de titane (TiN) ou de carbonitrure de titane (TiNC) sur des lames en acier Molybdène/Vanadium. Ces revêtements se caractérisent par une bonne résistance à la corrosion. En effet, le titane est dur et non corrosif. Son aptitude à se passiver, le rend résistant aux produits chimiques et à l’eau de mer.

Chapitre 3 – LA TREMPE

  • Vous trouverez sur cette page des explications simples sur « La Trempe » vous permettant de comprendre un phénomène observé depuis l’antiquité mais seulement optimisé depuis les quatre dernières décennies. Toutes les lames de couteaux sont trempées (sauf les lames en acier H1). C’est pour cela qu’il est impératif, de comprendre l’étape de trempe des lames de nos couteaux.
  • Le fer, constituant majeur de l’acier possède , à température ambiante, une maille cristalline appelé « Ferrite » ou Fer(a). Ce fer est organisé en réseau cubique centré. Il est important de bien visualiser ce cube où il y a un atome de fer à chaque sommet du cube + 1 atome de fer au centre du cube. Chauffer maintenant une barre d’acier sur du charbon, coke etc… jusqu’à obtenir que cette barre devienne couleur rouge cerise. Le fer devient alors malléable. A cette température, le fer(a) se transforme en fer(g) appelé austénite, autre forme allotropique du fer. Dans cette structure l’atome central du fer migre vers l’extérieur, ce qui explique la malléabilité du fer(g). La maille cubique du fer(g) est creux et peut absorber les atomes de carbone « C ». Les atomes de carbone peuvent migrer à l’intérieur même des cristaux de fer(g). Lorsque la ferrite Fe(a) se transforme en austénite Fe(g) , les atomes de carbone vont se placer en solution solide à l’intérieur même de la structure cristalline austénitique Fe(g) .

  • Lorsque l’acier se refroidit lentement , l’austénite se transforme de nouveau en ferrite. Les atomes de carbone présents à l’intérieur de la structure du fer(g) sont expulsés par un atome de fer qui reprendra sa place au centre du cube de fer(a). Par contre, si ce refroidissement est rapide les atomes de carbone dissous à l’intérieur du réseau cubique de l’austénite n’auront pas le temps de migrer à l’extérieur de cette structure cubique, formant ainsi une nouvelle structure appelée « Martensite », structure très dure.
  • En conclusion , la trempe est destinée à donner à l’acier une micro-structure très dure appelée la « MARTENSITE » .La « Martensite » est en fait de la « Ferrite » dont la maille cristalline est déformée pour laisser de la place aux atomes de carbone qui sont dissous à l’intérieur de la structure cubique du fer.
  • En résumé : On se procure de l’acier dans une aciérie : Cet acier sera de structure « Ferrite » . On chauffe cet acier à 950-1100°C (selon l’acier) pendant 30 minutes minimum et en conséquence on transforme la structure « Ferrite » en structure « Austénite » . Le Carbone peut alors se nicher à l’intérieur de la structure du fer(g) . On refroidie rapidement cette structure « Austénite » et on obtient de la « Martensite » de structure très dure . C’est la trempe martensitique .
  • FERRITE Fe(a) + T°élevée (950-1100°C) ============> AUSTENITE Fe(g)
  • L’Austénite Fe(g) absorbe les atomes de carbone qui se « nichent » à l’intérieur de la structure cubique du Fe(g).
  • AUSTENITE + Trempe adaptée ==================> MARTENSITE
  • Une petite parenthèse à ce thème: On connaît le fer depuis des millénaires et l’usage des armes est connu depuis l’antiquité; Or l’étude de ces armes nous démontre que les épées, lances et pointes divers étaient réalisées en acier peu carburé. En prenant du fer, et en le laissant chauffer au « rouge cerise » pendant une heure sur un foyer de houille, on produisait de l’austénite fer(g) qui absorbait le carbone en provenance de la houille du foyer. On fabriquait ainsi de l’acier martensitique sans le savoir. La qualité de cet acier était très médiocre mais c’était de l’acier et non du fer.

Technologie de la trempe

  • 1) La vitesse critique de trempe : On peut définir pour une nuance d’acier donnée , la vitesse à partir de laquelle la trempe est « martensitique » . Il faut que cette vitesse soit suffisante pour obtenir une transformation complète de l’austénite en martensite mais le traitement de trempe ne doit pas être trop agressif pour ne pas « casser » la structure cristalline. Les principales techniques de trempe sont : Trempe à l’air , trempe à l’air pulsé , trempe à l’huile , trempe à l’eau . Les trempes à l’air sont simples mais peu efficaces sur des aciers très carburés . Les trempes à l’huile sont les plus généralisées mais de sérieuses études doivent être réalisées en fonction des pièces à tremper ; en effet projeter une lame d’acier à 1050°C dans de l’huile peut provoquer l’inflammation de cette dernière. L’eau à l’avantage de n’être pas inflammable ; par contre la trempe à l’eau pose deux problèmes : L’eau possède un pouvoir calorifique élevé ce qui produit une trempe agressive pouvant produire dans la structure cristalline des failles appelées « Tapures » . Autre problème critique: Le phénomène de « Caléfaction » : Lorsqu’une pièce à la température de trempe est immergée dans de l’eau , l’eau est vaporisée au contact de la pièce en formant une gaine de vapeur « isolante » qui ralentit considérablement le refroidissement .
  • 2) La vitesse de refroidissement à laquelle l’acier se transforme intégralement en martensite est dite de « Refroidissement critique » . A une vitesse moindre , la trempe donne un mélange de martensite et d’autres produits intermédiaires qui diminuent la qualité de l’acier trempé . Dans la pratique , la vitesse à laquelle se refroidit une pièce trempée dépend de sa masse , de sa forme , de l’état de sa surface tout autant que de la technique de trempe . Quand les pièces d’acier ne durcissent pas comme il faut , c’est que la vitesse de refroidissement est inférieure à la vitesse critique . Il faut alors trouver une technologie de trempe plus appropriée .
  • 3) TREMPE A L’EAU : Cette méthode fut longtemps la plus utilisée pour la trempe des lames de couteaux ; l’eau des ruisseaux était captée par les coutelleries afin de réaliser les opérations de trempe . Ainsi à Laguiole , les eaux de la Layollette étaient utilisées pour la trempe du fameux « Laguiole » ! Avec l’arrivée des aciers high-tech d’aujourd’hui l’opération de trempe est devenue beaucoup plus critique ; la trempe à l’huile est de plus en plus utilisée . L’eau possède un pouvoir calorifique élevé ce qui produit une trempe agressive pouvant produire des « TAPURES » . Un autre phénomène négatif est celui de la « CALEFACTION » car très complexe , non reproductible et donc un phénomène difficilement maîtrisable . Lorsque qu’une pièce à une T° élevée (>1000°C) est plongée dans de l’eau , celle-ci est vaporisée au contact de la pièce en formant une gaine de vapeur qui ralentit son refroidissement ; c’est la « Caléfaction » ; le problème majeur est que ce phénomène complexe n’est pas reproductible. Cette technique économique ne permet pas de tremper les aciers modernes.
  • 4) TREMPE A L’HUILE : La méthode de trempe à l’huile peut aller du simple bac au dispositif entièrement automatisé . La plupart du temps , la température optimale de l’huile de trempe se situe entre 50 et 90°C . Il faut vérifier que le processus de trempe n’augmente pas la température de l’huile à une température voisine du point d’éclair de l’huile (Température à laquelle une substance s’enflamme spontanément en présence d’oxygène) . Une bonne agitation du bain de trempe doit maintenir la température du bain , à moins de 50°C du point d’éclair de l’huile . Des essais de trempe montrent qu’on atteint la vitesse de refroidissement maximale quand la température de l’huile se situe entre 50 et 90°C . Pour obtenir un durcissement uniforme et des résultats constants , il faut que l’huile circule durant la trempe . L’agitation de l’huile a pour effet de distribuer uniformément la chaleur dans le bac et de réduire le risque d’inflammation et d’incendie en empêchant la formation d’une couche d’huile chaude en surface . Pour un bac muni d’un bon circuit de refroidissement , on conseille d’utiliser un à deux gallons d’huile par livre d’acier trempé à l’heure . Dans certains cas de températures d’austénitisation très élevées (1150-1200°C) , l’utilisation de bain d’huile à 150-175°C est conseillée pour la trempe . Pour la trempe industrielle on emploie des huiles minérales spécialement conçues pour cet effet . La gamme des huiles de trempe présente des caractéristiques de rendement couvrant tous les types de trempe . Selon la viscosité de l’huile , la vitesse de trempe varie de 9 à 25 secondes avec des vitesses de refroidissement optimales entre 96°C et 50°C par seconde . C’est à dire qu’une bonne huile doit permettre de baisser la température de la lame de ~70°C/seconde ! Les huiles utilisées pour la trempe industrielle sont fabriquées à partir d’huiles paraffiniques de haute qualité , peu volatiles et avec un point éclair élevé (200-260°C).
  • 5) TREMPE A L’AIR : La trempe est obtenue uniquement si la vitesse de trempe est supérieure à la « Vitesse critique de trempe » . Dans le cas d’une trempe à l’air atmosphérique on ne peut pas tremper les aciers alliés modernes d’aujourd’hui . On a recourt à de l’air pressurisé pour augmenter la vitesse de refroidissement , mais si l’acier a une température supérieure à 900°C , le fer brûle ! Pour éviter ce phénomène d’oxydation on a recourt au « GAZ PULSE » généralement de l’argon ou de l’azote qui sont inertes . Dans la trempe à l’huile , les pièces trempées doivent subir des opérations de lavage et l’huile doit être filtrée , puis recyclée . Ces opérations ont un coût industriel . Il a été mis au point dernièrement , une technologie de trempe d’avant garde , à l’azote pressurisé et à température variable ; L’azote pulsé est d’abord projeté à température ambiante puis réfrigéré par de l’azote liquide ; En variant pression , vitesse et température de l’azote gazeux projeté sur les pièces d’acier à tremper , on arrive parfaitement à obtenir des vitesses de refroidissement supérieures à la vitesse CRITIQUE de trempe . Si les phénomènes physiques liés à la trempe sont bien connus les divers solutions technologiques modernes de ces techniques innovantes sont maintenues secrètes .
  • Dès que la trempe (et le traitement cryogénique) est terminée, il faut procéder immédiatement au traitement de « Revenu » afin de stabiliser l’acier.
  • 6) Problèmes liés à la trempe : A la lecture de ces quelques lignes, il est facile de se rendre comptes des multiples pièges liés à la trempe. Comment être sûr que la vitesse de trempe obtenue à été supérieure à la vitesse critique de trempe ? Pour des pièces importantes le problème majeur est de s’assurer que la trempe ait été homogène. Pour des lames d’une taille importante, comment être sûr que la baisse de température ait été la même à tous les endroits de la lame ? La trempe artisanale la plus utilisé est la trempe à l’huile; Elle est performante pour descendre rapidement les lames de 1050°C à 400°C où les vitesse de descente peut atteindre 40-80°C/s. En 10-12 secondes les lames passent de 1050°C à 400°C . Si la trempe à l’huile est performante pour descendre rapidement la température des lames de 1050°C à 400°C, c’est tout le contraire pour descendre la température des lames de 400°C à 80°C . En effet les vitesses de descente de température des lames à partir de 400°C est de seulement 10°C/s ce qui rend peut performante la trempe à l’huile pour certains aciers haut de gamme modernes. Des essais de trempe mixte Huile + Eau furent réalisés avec succès; mais cette technique de trempe mixte ne se prête pas à la trempe simultanée de lames divers à grande échelle ! Les entreprises modernes d’aujourd’hui utilisent des trempes à gaz pulsé (Argon + Azote) à température et pression contrôlées, grâces à l’utilisation massive de circuit d’azote liquide (-195°C). Cette technique moderne permet de descendre d’une manière contrôlée un lot de lames de 1080°C à -80°C à une vitesse moyenne de -75°C/seconde ce qui permet de tremper efficacement tous les aciers modernes d’aujourd’hui. Cette technique n’est accessible qu’aux entreprises industrielles performantes. Pour des entreprises artisanales, il est très difficile de tremper des aciers techniques comme l’ATS-34 ou le 154CM.
  • La vitesse de refroidissement à laquelle l’acier se transforme intégralement en martensite est dite de « Refroidissement critique » . A une vitesse moindre , la trempe donne un mélange de martensite et d’autres produits intermédiaires qui diminuent la qualité de l’acier trempé . Dans la pratique , la vitesse à laquelle se refroidit une pièce trempée dépend de sa masse , de sa forme , de l’état de sa surface tout autant que de la technique de trempe . Quand les pièces d’acier ne durcissent pas comme il faut , c’est que la vitesse de refroidissement est inférieure à la vitesse critique . Il faut alors trouver une technologie de trempe plus appropriée .
  • Note sur la TREMPE A L’HUILE toujours très utilisée par nos artisans. La méthode de trempe à l’huile peut aller du simple bac au dispositif entièrement automatisé . La plupart du temps , la température optimale de l’huile de trempe se situe entre 50 et 90°C . Il faut vérifier que le processus de trempe n’augmente pas la température de l’huile à une température voisine du point d’éclair de l’huile (Température à laquelle une substance s’enflamme spontanément en présence d’oxygène) . Une bonne agitation du bain de trempe doit maintenir la température du bain , à moins de 50°C du point d’éclair de l’huile . Des essais de trempe montrent qu’on atteint la vitesse de refroidissement maximale quand la température de l’huile se situe entre 50 et 90°C . Pour obtenir un durcissement uniforme et des résultats constants , il faut que l’huile circule durant la trempe . L’agitation de l’huile a pour effet de distribuer uniformément la chaleur dans le bac et de réduire le risque d’inflammation et d’incendie en empêchant la formation d’une couche d’huile chaude en surface . Pour un bac muni d’un bon circuit de refroidissement , on conseille d’utiliser un à deux gallons d’huile par livre d’acier trempé à l’heure . Dans certains cas de températures d’austénitisation très élevées (1150-1200°C) , l’utilisation de bain d’huile à 150-175°C est conseillée pour la trempe . Pour la trempe industrielle on emploie des huiles minérales spécialement conçues pour cet effet . La gamme des huiles de trempe présente des caractéristiques de rendement couvrant tous les types de trempe . Selon la viscosité de l’huile , la vitesse de trempe varie de 9 à 25 secondes avec des vitesses de refroidissement optimales entre 96°C et 50°C par seconde . Les huiles utilisées pour la trempe industrielle sont fabriquées à partir d’huiles paraffiniques de haute qualité , peu volatiles et avec un point éclair élevé (200-260°C) .

  • Sur le schéma présenté ici , vous avez le diagramme :
  • Taux de refroidissement (en °C/sec) = (f) Température de l’acier (en °C) dans le bain de trempe .
  • Ce diagramme est typique d’une huile de trempe classique . On observe que lorsqu’on plonge l’acier dans l’huile on obtient un refroidissement de la pièce de ~30°C/sec ; dès que la température de l’acier approche les 700°C , le taux de refroidissement augmente rapidement pour atteindre 90°C/sec . On arrive ainsi rapidement à une pièce d’acier dont la température est de 400°C . A cette température , la trempe à l’huile devient peu performante car le taux de refroidissement tombe à moins de 10°C/sec . C’est là qu’intervient le principe de la trempe mixte , technique aujourd’hui largement utilisée .
  • TREMPE MIXTE : Cette méthode consiste à commencer la trempe par une trempe à l’huile et de terminer le processus de trempe par une trempe à l’eau , profitant ainsi de l’avantage des deux techniques . En effet la trempe à l’huile est supérieure pour l’abaissement de température de 1000°C à 500°C ; dès 400°C le taux de refroidissement de l’huile est très faible ; à partir de 400-500°C on termine la trempe par une trempe à l’eau . Il existe différentes techniques de trempe mixte parmi celles-ci :
  • L’installation comporte à la partie inférieure du bac de trempe une charge d’eau recyclable , et à la partie supérieure , une nappe d’huile minérale d’une épaisseur déterminée . Les pièces sont d’abord immergées dans l’huile , où elles peuvent être maintenue pendant le temps nécessaire au début de la trempe (1100°C > 500°C) puis plongées plus profondément dans le milieu aqueux , permettant ainsi une trempe à l’eau plus efficace à basse température . Ce procédé permet d’obtenir une trempe efficace mais adoucie sur des aciers sensibles aux tapures , mais qui accuseraient une dureté insuffisante en subissant seulement une trempe à l’huile . Ce processus peut être immédiatement complété par un traitement cryogénique .

  • TREMPE A L’AIR : La trempe est obtenue uniquement si la vitesse de trempe est supérieure à la « Vitesse critique de trempe » . Dans le cas d’une trempe à l’air atmosphérique on ne peut pas tremper les aciers alliés modernes d’aujourd’hui . On a recourt à de l’air pressurisé pour augmenter la vitesse de refroidissement , mais si l’acier a une température supérieure à 900°C , le fer brûle ! Pour éviter ce phénomène d’oxydation on a recourt au « GAZ PULSE » généralement de l’argon ou de l’azote qui sont inertes . Dans la trempe à l’huile , les pièces trempées doivent subir des opérations de lavage et l’huile doit être filtrée , puis recyclée . Ces opérations ont un coût industriel . Il a été mis au point dernièrement , une technologie de trempe d’avant garde , à l’azote pressurisé et à température variable ; L’azote pulsé est d’abord projeté à température ambiante puis réfrigéré par de l’azote liquide ; En variant pression , vitesse et température de l’azote gazeux projeté sur les pièces d’acier à tremper , on arrive parfaitement à obtenir des vitesses de refroidissement supérieures à la vitesse CRITIQUE de trempe . Si les phénomènes physiques liés à la trempe sont bien connus les divers solutions technologiques modernes de ces techniques innovantes sont maintenues secrètes .
  • TAPURE : Fissuration du métal due aux contrainte d’origine thermique ; elle peut apparaître au chauffage des pièces ou au refroidissement durant la trempe . Pour limiter la formation de tapures lors de trempes d’aciers alliés à forte teneur en carbone , il faudra :
    • Limiter la vitesse de montée en température à 300°C/ h .
    • Effectuer un palier lors de la montée au point Ac1 (# 721°C) .
    • Eviter la trempe à l’eau trop agressive entre 1050 et 500°C .
    • Dès que la trempe (et le traitement cryogénique) est terminée, il faut procéder immédiatement au traitement de « Revenu », afin de stabiliser l’acier.

CHAPITRE 4 – SCHÉMAS des COUTEAUX

  • Vous trouverez dans ce chapitre divers schémas de couteaux pliants, de divers systèmes de verrouillage ainsi que la nomenclature des divers constituant de couteaux à lame fixe.

  • NOMENCLATURE de couteau à lame FIXE :
  • 1) Rivet
  • 2) Trou pour courroie
  • 3) Lame
  • 4) Semelle
  • 5) Mitre
  • 6) Plaquette du manche
  • 7) Soie filetée
  • 8) Garde
  • 9) Manche
  • 10) Pommeau
  • Il y a deux types de couteaux à lames fixes . Les couteaux dits « A plate semelle  » quelques fois appelés « De plein manche ». (En haut sur le diagramme) . Et les couteaux appelés « A montage sur soie » . (En bas sur le diagramme)
  • Montage à plate semelle : Type de couteau où la soie suit le contour du manche et est visible entre les deux plaquettes du manche.
  • Montage sur soie : Type de couteau où la soie s’amincit et pénètre à l’intérieur du manche.
  • Pommeau : Partie du couteau fixée à l’extrémité du manche.
  • Ricasso : Partie du couteau située devant la garde (ou la mitre).
  • Rivet : Petite tige de métal (parfois faite d’autres matériaux) servant à fixer les plaquettes du manche, les gardes ou les mitres au couteau
  • Soie : Partie du couteau qui se prolonge dans le manche.
  • Emouture : La partie de la lame qui s’amincit pour former le tranchant. Il existe plusieurs types d’émoutures tels que l’émouture plate (en V), l’émouture concave, l’émouture convexe et l’émouture ciseau.
  • Faux tranchant : Partie de la lame située à l’opposé du tranchant (sur le dos de la lame). Par définition, le faux tranchant est généralement non aiguisé.
  • Garde : Pièce située entre la lame et le manche, servant généralement à empêcher la main de glisser vers la lame tout en protègeant aussi le manche.
  • Laiton : Alliage de cuivre et de zinc, ductile et malléable. Utilisé en coutellerie pour les gardes, les mitres ou les rivets
  • Mitre : Les mitres ont la même utilité que les gardes mais ne sont pas conçues de la même manière. Contrairement à la garde qui dépasse de la lame, la mitre ne dépasse pas de la lame et est faite de deux morceaux fixés de chaque côté du couteau (entre la lame et le manche).
  • Plaquette : Parties extérieures du manche qui viennent se fixer à la semelle du couteaux, généralement en bois, en corne ou en matière synthétique . ( G-10, Micarta, Fibre de verre ou de carbone etc…)
  • Intercalaire : Pâte synthétique présente entre certaines plaquettes et la semelle du couteau . Utilisé souvent sur des plaquettes précieuses possédant des aspérités . Utilisé sur des manches en Ivoire , Mammouth, Vieil Os ; Quelquefois les intercalaires sont en cuir servant de « Tampons » .

  • NOMENCLATURE d’un « LAGUIOLE »
  • 1) Clou perdu
  • 2) Clou de Maillechort
  • 3) Lame
  • 4) Tire-bouchon
  • 5) Poinçon
  • 6) Plaquettes
  • 7) Platines
  • 8) Mitre de tête
  • 9) Mitre de pied
  • 10) Ressort

  • NOMENCLATURE d’un COUTEAU PAPILLON type « BALI-SONG »
  • 1 – lame : Tranchant
  • 2 – Contre- Tranchant
  • 3 – Ricasso
  • 4 – Quillon
  • 5 – Ouverture d’angle
  • 6 – Rivets de fixation
  • 7 – Butée
  • 8 – Branche secondaire
  • 9 – Branche principal
  • 10 – Taquet de verrouillage
  • LES PRINCIPAUX PROFILS DE LAMES

  • 1 : Dos Plat
  • 2 : Trailing – Point (Découpage en tranches)
  • 3 : Clip – Point (Exemple : Bowie)
  • 4 : Drop Point (Forme convexe-lame « Bourbonnaise »)
  • 5 : Spear – Point (Lame à pointe centrée)
  • 6 : Needle – Point
  • 7 : Spay – Point
  • 8 : Tanto
  • 9 : Sheep Foot (Pied de mouton)
  • 10 : Wharncliffe (Lame « Piétain »)
  • LES DIFFÉRENTS TYPES D’EMOUTURE

  • L’émouture correspond à la partie de la lame qui s’affine au fur et à mesure qu’elle s’approche du point le plus tranchant.
  • 1 – L’émouture creuse ou concave.
  • Ce type d’émouture est également appelée émouture concave. L’émouture de la lame est de petite taille. L’émouture creuse est réalisée à partir d’une meule et d’un backstand. Ce type d’émouture a l’avantage de rester fine même après de nombreux aiguisages.
  • Le creux se forge à partir du quart de la lame. On retrouvera couramment l’émouture creuse sur les couteaux à lame flexible ainsi que les désosseurs.
  • 2 – L’émouture en « V » ou « émouture plate.
  • La fabrication de l’émouture en V se fait grâce à une lime ou au backstand avec un support.
  • L’avantage de ce type d’émouture réside dans son tranchant performant et dans sa solidité. On retrouvera cette forme d’émouture sur beaucoups de couteaux forgés.
  • 3 – L’émouture ciseau
  • Ce type d’émouture, aussi connu sous le nom de chisel ground (traduction en anglais) est couramment utilisé sur les couteaux de cuisine et surtout sur les couteaux japonais. L’émouture ciseau sera réalisée avec une lime et un backstand. L’émouture ciseau se caractérise par la présence du tranchant sur une seule partie du couteau. Il reste donc le dos du couteau, sans émouture et qui ne sera pas tranchant.
  • Bien qu’il n’y ait qu’un seul tranchant, l’émouture ciseau est efficace. Le défaut que présente ce type d’émouture est que ceux-ci ont une courte durée de vie.
  • 4 – L’émouture convexe
  • L’émouture convexe sera également appelée l’émouture bombée. Ce type d’émouture présente un tranchant obtus. Cette forme d’émouture est une forme évoluée de l’émouture plate. Elle peut d’ailleurs être obtenue en aiguisant l’émouture plate à de nombreuses reprises. Elle sera réalisée avec une lime ou au backstand avec un support. L’avantage de ce type d’émouture est la durée de vie de son tranchant.

* Systèmes de blocage et de verrouillage des lames. *

  • Vous trouverez dans ce chapitre, la description des principaux systèmes de verrouillage des couteaux pliants :
  • Verrouillage  » A virole tournante  » .
  • Verrouillage  » Deux clous « .
  • Verrouillage  » A cran forcé « .
  • Verrouillage  » A pompe « .
  • Verrouillage  » Liner-Lock « .
  • Verrouillage  » Axis-Lock « .

– Systèmes à « Virole Tournante » .

  • La fabrication du couteau est simple. Elle consiste à l’assemblage de cinq pièces : la lame, le manche en bois, une bague fixe en acier et son rivet, sur laquelle la lame pivote, et une bague de sécurité tournante pour empêcher la lame de se refermer sur la main de l’utilisateur. Il n’y a pas de ressort pour la garder ouverte. La bague de sécurité permet dans certains modèles le blocage de la lame en position fermée et d’éviter ainsi une ouverture accidentelle.
  • Ce système économique est utilisé par OPINEL , NONTRON, JOKER etc…

– Système « Deux Clous » :

  • Il s’agit d’un système par friction. C’est uniquement le frottement de la lame contre les platines du manche qui maintient le couteau en position ouverte. Pourquoi « deux clous »? Un clou pour l’axe de la lame, un autre sur lequel vient buter le talon. Digne représentant de la grande famille des deux-clous: le « Capucin » , le « Montpellier » .

Système à « Cran Forcé »

  • Egalement appelé Cran plats, Slip-joints, Slipit, Notch joint
  • Cela concerne les pliants dépourvus de mécanisme de blocage et dont le dos du manche intègre un ressort dont une extrémité vient prendre appui sur la partie arrière de la lame afin d’éviter qu’elle ne se referme accidentellement. Une pression sur le dos de la lame suffit à replier le couteau, qui n’est donc jamais réellement verrouillé. C’est le système des couteaux pliants traditionnels, tels que Laguiole, Sauveterre . Il prend la dénomination de Slip-joint aux USA.
  • Sur un cran forcé, généralement, l’extrémité du ressort en contact avec le talon comporte une encoche pour mieux accrocher la lame.
  • Sur la Photo d’un éclaté de  » Breizh Kontell  » on peut distinguer très nettement l’encoche du ressort accrochant la lame. Ce système fonctionne très bien, mais dépend d’une certaine souplesse du ressort . Quelquefois, les années passants, le ressort casse ……….. avec le couteau .

Système à POMPE

  • Verrouillage « A Pompe » : Couteaux à pompe (lock-back, front lock, back lock)
  • Classique et simple le système de pompe dorsale permet le blocage et la libération de la lame. La partie supérieure du talon est crochetée par une tige métallique insérée entre les platines, dans la partie supérieure; la lame est ainsi complètement verrouillée. Pour la libérer, il faut actionner un ressort, placé sur le dos (pompe « avant ») ou en arrière (pompe « arrière ») du manche, qui libère la tige de blocage.

SYSTEME de Verrouillage « LINER-LOCK

  • Liner-lock
  • C’est un mécanisme très populaire; une des platines est découpée et fait office de ressort. Elle prend place contre le talon de la lame pour en assurer le blocage. On déverrouille le tout en désengageant le liner avec le pouce.
  • Frame-lock
  • Le principe est le même, sauf que sur un frame-lock (appelé aussi integral-lock chez certains fabricants), ce n’est pas une platine mais le manche tout entier qui assure le blocage. Le blocage est ainsi sensé offrir plus de robustesse que sur un liner-lock.
  • Il est parfois difficile de distinguer un liner d’un frame-lock, quand le manche de ce dernier est recouvert d’une plaquette .

– Verrouillage « Axis-Lock »

  • Système « Axis-Lock »
  • C’est un axe placé transversalement au-dessus de l’axe de la lame qui est actionné par un ressort. Le talon est bloqué vers l’arrière par une butée et l’axe mobile vient se placer de manière à empêcher la lame de basculer vers l’avant.
  • Il a le bon goût d’être ambidextre et la fermeture est très sûre.
  • Développé par Benchmade, le mécanisme breveté AXIS® est une merveille d’ingéniosité qui a été déclaré par certains, comme étant probablement le meilleur système de blocage des lames. Premièrement sa solidité, ce verrouillage est plus qu’adéquat pour une utilisation normale. Il présente ensuite l’avantage d’être totalement ambidextre. La lame peut facilement être actionnée ouverte ou fermée. Enfin, ce système présente une indescriptible souplesse avec laquelle le mécanisme et la lame fonctionnent. De par sa conception il n’y a pas de friction entre les éléments du mécanisme AXIS, rendant l’action la plus souple possible. Le mécanisme étant accessible, vous pouvez facilement nettoyer les débris éventuels. Pour simplifier, AXIS fonctionne sur un principe de barre à ressort qui cours d’avant en arrière dans une fente usinée sur les plaquettes du manche. La barre se prolonge sur les deux côtés du couteau, enjambe l’espace entre les plaquettes et est placée au-dessus de l’arrière de la lame. Deux ressorts en forme d’oméga donne à la barre son inertie pour engager la semelle, ce qui a pour conséquence de bloquer la lame entre deux rivets de fin de course et la barre AXIS elle même. Beaucoup de mots pour décrire la simplicité, mais la meilleur façon d’apprécier le système AXIS est de l’essayer par vous même.
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