Les aciers utilisés en coutellerie sont principalement les aciers inoxydables martensitiques. Ces aciers sont très durs et sont constitués d’un fort pourcentage de chrome, de carbone et d’autres éléments qui ont des propriétés intéressantes (molybdène, vanadium…). Les lames de couteaux doivent s’aiguiser facilement, présenter une bonne usinabilité et avoir une bonne tenue en coupe. Ces propriétés ne peuvent pas être obtenues simultanément, il faut donc trouver un compromis en fonction de l’usage du couteau. Pour obtenir la structure dure appelée martensite, la lame doit subir un traitement thermique (recuit, trempe, revenu…) approprié.

Le meilleur Acier …

Un Compromis …

 

Le choix d’un acier est un compromis entre :

- La facilité à affuter la lame

- Le tranchant de la lame et sa tenue dans le temps

- Sa capacité à résister à la corrosion

- Sa capacité a être poli et sa tenue aux rayures

A Forge de Laguiole, nous avons rajouté deux critères qui sont :

- Son origine : nous exigeons une origine française

- Sa capacité à être forgé

Une teneur en chrome importante augmente le pouvoir inoxydable de l’acier.

Une teneur en carbone importante augmente le pouvoir tranchant de l’acier, cependant un taux trop important de carbone annule le pouvoir inoxydable du chrome. En effet, le carbone va réagir pour former des carbures de chrome (M3C, M7C3, M23C6…), la teneur en chrome en solution solide sera alors moindre et la couche d’oxyde protectrice sera plus difficile à former.

Les éléments d’addition de l’acier et leurs propriétés

 

Chaque élément a une fonction dans l’alliage, voici une liste des principaux éléments et leurs fonctions dans l’alliage :

-fer (Fe) : est l’élément prédominant dans un acier. Dans un acier, plus le grain est fin, plus la dureté va être importante. Les carbures de fer ne sont pas intéressant en coutellerie car ils sont plus gros que les autres carbures (environ 50nm). Il existe d’autres moyens de durcir un acier qui sont détaillés un peu plus loin.

-carbone (C) : détermine la dureté et la résistance à la traction, cependant il affaiblit la résistance à la corrosion. En effet, un taux trop important de carbone entraîne la formation de carbures qui peuvent s’oxyder (corrosion localisée). Le carbone améliore le pouvoir tranchant.

-chrome (Cr) : permet la résistance à la corrosion, il s’agit d’un élément d’alliage essentiel des aciers martensitiquesinoxydables.

-silicium (Si) : permet la résistance à la corrosion notamment en présence d’acides très oxydants.

-nickel (Ni) : rétablit la structure martensitique dans les aciers à tendance ferritique. Le nickel permet d’augmenter l’usinabilité, la mise en forme et la forgeabilité de l’acier.

Les Aciers existants 

L’acier le plus utilisé pour les lames dans la coutellerie française est l’acier suédois Sandvik 12C27 qui en général n’est jamais forgé.

Nous utilisons à la Forge de Laguiole principalement deux aciers français de l’aciérie Bonpertuis pour fabriquer nos lames de couteaux dont le T12 (Aciers produits en France et forgé sur le site de Forge de Laguiole)

Le cahier des charges : l’art des choix et des compromis

Nous avons défini le cahier des charges des lames de nos couteaux comme suit :

  • Pouvoir de coupe important (fil fin et long)
  • Résiste à l’usure du fil
  • S’affûte facilement (si le couteau s’affûte facilement on peut compenser une résistance à l’usure faible)
  • Se polit facilement
  • Bonne résistance à l’oxydation (dans un usage normal et quotidien)

 

Toutes ces caractéristiques ne peuvent pas être obtenues dans la même nuance d’acier, il y a donc un compromis à faire : avoir une dureté maximale (la dureté est proportionnelle au taux de carbone), à géométrie du tranchant identique, présente un intérêt dans la tenue en coupe, mais sans fragilité accrue et fort risque d’oxydation

Plonger au cœur de la matière T12

La lame T12 présente une structure relativement homogène, des carbures primaires et secondaires. Le cœur de la lame est une sorbite.

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Le tableau suivant donne la taille de grain moyen, a dureté et le nombre de carbures par unité de surface à cœur pour chaque lame :

nuance

T12

12C27

taille grain moyen (µm)

3,0

8,3

dureté

58

58

nombre de carbure (carbures/µm²)

0,19

0,16

 

forgée

laminée

 

Pour être dure, la lame doit avoir un grain très fin et beaucoup de carbures sur les joins de grain. A remarquer l’influence du forgeage, une lame forgée T12 Forge de Laguiole a un grain plus fin qu’une lame laminée en 12C27.

Ces photos microscopiques confirment la très bonne qualité (taille de grain fin, homogénéité, structure martensitique…) du T12

Le T12 est un très bon compromis : il a structure avec des grains fins, des carbures nombreux, une structure homogène et martensitique qui lui confère une bonne aptitude à être poli, affuté et une bonne tenue en coupe.

Le forgeage : former une ébauche de lame et affiner le grain

 

T12 trempé non forgé

T12 trempé et forgé

dureté HRC

 

 

moyenne

50,55

59,35

écart type

0,869

0,707

 

Le forgeage a donc un impact non négligeable sur la dureté et sur la structure de l’acier (car un grain plus fin augmente la dureté de l’acier). L’opération unitaire de forgeage est donc importante.

Les différents traitements thermiques pour fabriquer une lame.

L’acier, quand il est acheté, ne présente pas les caractéristiques souhaitées. Il faut donc lui faire subir des traitements thermiques. Ceci permet par exemple d’affiner le grain, de durcir l’acier, d’augmenter son usinabilité…

Nous pratiquons plusieurs types de traitements thermiques :

Le recuit : il a pour but d’effacer toutes les traces laissées par les diverses manipulations subies antérieurement par le métal. Il permet aussi de ramener l’acier à un état d’adoucissement propre à un usinage ou un traitement thermique ultérieur.

L’austénitisation : il s’agit du chauffage dans le domaine austénitique. La température et la durée d’austénitisation contrôlent :

-La bonne « remise » en solution des carbures pour les aciers peu alliés.

-l’homogénéité de répartition des carbures pour les aciers fortement alliés.

-La taille de grain austénitique. Elle a une influence considérable sur les propriétés d’emploi des aciers à outils comme la ténacité, la fatigue ou la résistance à l’usure.

La trempe : il s’agit d’un refroidissement brutal après austénitisation. La trempe est responsable de la transformation martensitique. Il existe plusieurs types de trempe, nous pratiquons la trempe à l’huile

Le revenu : il a pour but d’adoucir la structure (généralement très dure et fragile après la trempe). La température de revenu est comprise généralement entre 100 et 300°C. Le revenu à pour but précipiter une partie du carbone en solution solide (carbone présent dans les sites interstitiels qui rend la structure très dure)

Il est très important de connaître et de contrôler les températures et les durées de chaque traitement thermique. Ces paramètres sont propres à chaque nuance d’acier.

 

Une lame laminée coûte moins cher à la fabrication qu’une lame forgée car les opérations de forgeage et de recuit ne sont pas effectuées. Néanmoins, le forgeage a un impact sur la microstructure de la lame : le grain est plus fin ce qui donne une meilleure qualité de coupe et une dureté plus importante.

Lorsque la lame est forgée, elle subit une trempe à l’air qui durcit sa structure. Il faut recuire la lame pour la rendre plus ductile, elle pourra ensuite être détourée, percée, poinçonnée… Ensuite, la lame est portée à sa température d’austénitisation puis les lames en T12 sont trempées à l’huile qui permet un refroidissement très rapide de celle-ci pour obtenir la phase martensitique. Ensuite, nous pratiquons un revenu pour adoucir la structure. Ce revenu précipite une partie du carbone en solution solide.