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L'acier au carbone non allié est très employé, et, suivant les emplois, on utilise un acier de 0,6 à 1,4 % en carbone. Les autres éléments sont maintenus à faible concentration. On pratique alors une trempe à l'eau depuis 800 °C et un revenu à 100 à 150 °C. Un outil préparé dans ces conditions est insuffisant dans beaucoup de cas, ce qui oblige à utiliser un acier allié.
Halberd. © Pharos CCO
Deux grandes classes d’aciers à outils sont à considérer
1. Les aciers pour outils travaillant à froid
Les aciers non alliés : ils ne contiennent que du fer et du carbone (la teneur en carbone détermine la dureté), les autres éléments y étant présents en teneur résiduelle variable selon les matières premières et le mode d'élaboration utilisés.
- À teneur en carbone égale, ces aciers acquièrent à la trempe des duretés élevées mais une trempabilité faible limite leur emploi à des pièces de sections étroites. Leur trempabilité limitée conduit à l'emploi de moyens de trempe énergiques : eau pure ou salée, huile... mais ils sont faciles à recuire et, moins durs, ils présentent une usinabilité bien meilleure.
- Les aciers au carbone, après trempe à l'eau, ont une profondeur de trempe faible et un cœur non dur, la ténacité est donc fonction de l'importance du volumevolume non trempé de la pièce et aussi fonction de la grosseur de grain obtenue après trempe. Plus ce grain est fin, meilleure sera la ténacité.
Les aciers alliés : une augmentation de la trempabilité peut être acquise par adjonction de Mn (2,2 %) auquel on ajoute parfois du Cr ou du W qui améliorent la résistancerésistance à l'usure à des concentrations inférieures à 1 %. L'acier à 12 % Cr est un acier à outils très employé pour des outils à découper, poinçonspoinçons, etc. Mais il doit se tremper à 1.000 °C, pour atteindre sa pleine dureté.
2. Les aciers pour outils travaillant à chaud
Ce sont des aciers plus ou moins ductiles à 3 à 5 % de C. Leur structure lédeburitique, signifie qu'à température élevée ils contiennent des carburescarbures insolubles qui fournissent à l'acier sa résistance à l'usure.
On cherche à accroître les propriétés de dureté, de ténacité et de résistance à l'usure de tous ces aciers. Deux procédés existent de nos jours : la métallurgie des poudres préalliées obtenues par atomisation de métal liquideliquide et les revêtements de surface de composés très durs, en particulier à partir de procédés de dépôts par voie physiquephysique.
D'une manière générale, ces aciers doivent avoir une bonne résistance à la déformation, une résistance à l'usure élevée, sans que la ténacité soit sacrifiée, ainsi qu'une bonne tenue aux différences de température. La plupart des aciers contenant du chromechrome en particulier, ont une trempabilité élevée et répondent à cette exigence. L'usinabilité est recherchée et obtenue par un recuit. Tout ceci limite leur teneur en carbone à une valeur inférieure à 0,6 %.
Trois catégories d'aciers pour outils travaillant à chaud :
- les aciers résistant aux chocs mécaniques ;
- les aciers résistant aux chocs thermiques ;
- les aciers résistant à l'usure aux températures élevées.
Aciers alliés, qu’y ajouter et pour quoi faire ?
- L'aluminiumaluminium est un puissant désoxydant. Il se rencontre dans certains processus de durcissement.
- Le chrome augmente la trempabilité : le domaine de transformation martensitique sera atteint avec de faibles vitessesvitesses de refroidissement. Ces aciers pourront être trempés à l'huile ou même à l'airair. La résistance au revenu est aussi augmentée. Le chrome donne à l'acier une bonne résistance à la corrosioncorrosion.
- Le phosphorephosphore et le cuivrecuivre (petits %) améliorent la résistance à l'oxydationoxydation par l'air.
- Le manganèsemanganèse intervient dans tous les aciers comme désoxydant. Dans les aciers alliés il augmente la trempabilité et permet des aciers à structure austénitique stable. Il participe à la formation de carbures et se trouve donc dans la cémentitecémentite, où il prend la place d'une partie du ferfer.
- Le molybdènemolybdène augmente la trempabilité.
- Le nickelnickel augmente la stabilité de l'austénite donc augmente la trempabilité ; il améliore la ductilitéductilité, et permet des aciers à très faible coefficient de dilatationdilatation, faible variation du module d'élasticitéélasticité ou grande perméabilité magnétiqueperméabilité magnétique...
- Le titanetitane et le niobiumniobium, désoxydants, sont employés en raison de leur grande affinité pour le carbone.
- Le siliciumsilicium se rencontre dans tous les aciers (de 0,2 à 0,5 %) : il est utilisé comme désoxydant. Il intervient comme métalmétal d'alliagealliage pour améliorer la limite élastique ou permettre une haute perméabilité magnétique. C'est un élément alphagène.
- Le tungstènetungstène et le vanadiumvanadium sont alphagènes et formateurs de carbures, ils sont utilisés pour obtenir des aciers durs et résistants.
Évidemment, tous ces alliés ne sont pas forcément utilisés pour faire des couteaux, ce paragraphe est très général !
Après tout ça, il y a encore une opération importante avant le montage, il s'agit de l'émouture qui permet de donner à l'acier de la lame la forme qui le rendra coupant. Ce travail mécanique est très délicat.
La lame de couteau : les formes
Il y en a beaucoup : on dira autant de lames que de régions et surtout autant de lames que de fonctions ! Nous en citerons quelques-unes :
- lame à pointe centrée, la lame du couteau suisse par exemple ;
- lame bourbonnaise ;
- lame berger ;
- lame Yatagan, la lame du Laguiole par exemple ;
- lame anglaise, etc.
De même, les talons de lames peuvent être différents : par exemple rond ou carré. Le profil de lame peut aussi varier : profil droit ou biseauté par exemple. L'aiguisage changera suivant qu'il est seulement un fil ou une surface biseautée terminée par le fil. Et puis encore, la manière dont cette lame est fixée au manche du couteau.
Pour vous faire une idée de la quantité de formes possibles, consultez donc un catalogue de couteaux, c'est phénoménal !
Les lames : couteaux en céramique high-tech
Le couteau en céramiquecéramique a fait son ascension triomphale au Japon. La dextérité des cuisiniers, une haute qualité de tranchant et la neutralité d'odeurs sont des caractéristiques qui séduisent de plus en plus en Europe. La matière des lames en céramique est une poudre très pure d'oxyde de zirconzircon pressée en forme sous une pressionpression de 1.500 barsbars puis frittée à 1.500 °C dans des fours spéciaux. On peut ainsi obtenir les propriétés uniques, dureté extrême, la haute résistance, biocompatibilité, qualités appréciées dans la recherche spatiale, la Formule 1 et la médecine. Dans ce domaine, les Japonais sont leaders mondiaux avec des marques comme Kyocera dont voici un exemplaire, en photo ci-dessous.
NB : Les aciers pour outils (Référence : Technique de l'ingénieur Traité métallurgique M300). Pour tout ce qui concerne le diagramme fer carbone et la fabrication des aciers à lire dans notre dossier : « Le fer tombe le masque »
