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La lame en acier

Dossier - Thiers, la capitale du couteau
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Une histoire, des techniques, des amateurs et beaucoup de légendes, le couteau dont la capitale est Thiers en France vaut bien une escale de découverte et quelques notions de sciences métallurgiques !

  
DossiersThiers, la capitale du couteau
 

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.

Lame de dague de la Wehrmacht

Deux grandes classes d’aciers à outils sont à considérer :

1 - les aciers pour outils travaillant à froid 

A) 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 résiduelles variables selon les matières premières et le mode d'élaboration utilisés.

-- A teneur en carbone égales, 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.

Couteau design Porsche, ou quand la lame est aussi le couteau

-- Les aciers au carbone, après trempe á l'eau, ont une profondeur de trempe faible et un coeur non dur, la ténacité est donc fonction de l'importance du volume 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.

B) 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 résistance 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, poinçons, etc. Mais il doit se tremper à 1 000 °C, pour atteindre sa pleine dureté.

Lame bistouris : des couteaux un peu particuliers !

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 carbures 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 liquide et les revêtements de surface de composés très durs, en particulier à partir de procédés de dépôts par voie physique.

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 chrome 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 á une valeur inférieure á 0,6 %. 

-- Les aciers résistant aux chocs mécaniques 
-- Les aciers résistant aux chocs thermiques
-- Les aciers résistant à l'usure aux températures élevées
Sont 3 catégories d'aciers pour outils travaillant à chaud

Lames Fernite UK, lames de scie, il n’y a pas que des lames de couteau !

Aciers alliés, qu’y ajouter et pourquoi faire ?

- L'aluminiumest 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 vitesses de refroidissement. Ces aciers pourront être trempés à l'huile ou même à l'air. La résistance au revenu est aussi augmentée. Le chrome donne à l'acier une bonne résistance à la corrosion.

- Le phosphore  et le cuivre (petits %) améliorent la résistance à l'oxydation par l'air.

- Le manganèse 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 cémentite, où il prend la place d'une partie du fer.

- Le Molybdène augmente la trempabilité

- Le nickel augmente la stabilité de l'austénite donc augmente la trempabilité ; il améliore la ductilité, et permet des aciers à très faible coefficient de dilatation, faible variation du module d'élasticité ou grande perméabilité magnétique ...

- Le titane  et le niobium, désoxydants, sont employés en raison de leur grande affinité pour le carbone.

- Le silicium se rencontre dans tous les aciers (de 0,2 à 0,5 %): il est utilisé comme désoxydant. Il intervient comme métal d'alliage pour améliorer la limite élastique ou permettre une haute perméabilité magnétique. C'est un élément alphagène.

- Le tungstène et le vanadium sont alphagènes et formateurs de carbures, ils sont utilisés pour obtenir des aciers durs et résistants.

Evidemment 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.  De même encore le profil de lame peut varier : profil droit ou biseauté par exemple. De même encore 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 céramique 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 zircon pressée en forme sous une pression de 1500 bars puis frittée à 1500°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 :

Kyocera céramique

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 : "Le fer tombe le masque"