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Fondamenteaux sur le fer et l'acier.
Techniques et procédés de forge d'aciers modernes.
Principe du bas fourneau.
Forge traditionnelle japonaise d'un katana.
Habillage de la lame. (tsuka, habaki, saya)


 

Fondamentaux sur le fer et l'acier

Le fer est un métal qui a la capacité de dissoudre le carbone (au niveau atomique), à haute température. Par cette absorption de carbone, le fer se transforme en acier; il acquiert alors des propriétés de dureté qui en font encore aujourd'hui, le métal le plus utilisé au quotidien. 

Le fer au niveau atomique s'organise en cristal cubique et existe sous deux formes cristallines différentes : Le fer alpha de forme cubique centrée et le fer gamma de forme cubique à face centrée. Ces deux  états sont à l'origine de la capacité du fer de s'allier avec les atomes de carbone pour devenir acier.

Fer A Fer G

Fer a (ferrite)

Etat stable du fer pur à basse température.

Le fer a a une structure cubique centrée
Cette forme existe au dessous de 911°C.
Le fer a ne dissout pratiquement pas le carbone : 0,02% au maximum à 721°C moins de 0,01% à 300°C

Fer g (austénite)

Le fer g a une structure cubique à faces centrées

Etat du fer pur entre 723°C et 1495°C
Il est paramagnétique.

le Fer g dissout facilement le carbone: 0.8% à 723°C2 et 01% à 1148°C .


Il existe un troisième état du fer, c'est le Fer d (ferrite) : Etat stable du fer entre 1392°C et le point de fusion. Le fer d a une structure cubique centrée identique à celle du fer a . Il dissout un peu mieux le carbone que le fer a ( 0,07% au maximum à 1487°C).

 

Le fer n'existe pas à l'état natif c'est à dire à l'état métallique, on ne le trouve que sous deux formes minérales :

-Les oxydes de fer (FE2O3 & Fe3O4)

-Les sulfures de fer (Fe2S3)

On produit le fer métallique à partir de ces minerais par l'utilisation de Bas Fourneau ou de Haut fourneau . Seule la première méthode nous intéressera. Mais dans tous les cas le principe de fabrication appelé réduction du fer est simple : le charbon en brûlant dégage un gaz réducteur (le monoxyde de carbone) qui capture les atomes d'oxygène du minerai. La réaction est la suivante :

C +O2 -----> CO2

CO2 + C -----> 2 CO

3 Fe 2 O 3 +  CO ------>  2 Fe 3 O 4 +  CO 2
Fe 3 O 4  + CO   ------>  3 FeO  CO 2
FeO  +  CO   ----> Fe   +  CO 2

L'acier n'est rien d'autre que du fer ayant incorporé du carbone dans sa structure cristalline, on parle alors d'alliage fer-carbone. 

 

-Le fer pur est ductile, résistant à l'oxydation mais sans dureté

-L'acier est non ductile, s'oxyde facilement et est de grande dureté. Celle-ci pouvant être fortement augmentée par sa capacité à prendre la trempe, c'est à dire que l'on peut provoquer une précipitation des atomes de carbones en carbures (forme cristallisé du carbone)  d'une très grande dureté.

-La fonte est du fer contenant une proportion de carbone supérieur à 1,8 %. La fonte est non forgeable, non trempable et très cassante. Par contre elle se fond et se coule très bien.

  Entre le fer pur et la fonte nous avons toutes les nuances d'acier devenant de plus en plus dur et cassant au fur et à mesure que leur taux  de carbone augmente.

 La lame de combat est l'outil dont les exigences techniques mettront le plus  à l'épreuve l'acier. En effet on demande à une lame deux qualités qui sont antinomiques l'une de l'autre : la souplesse et la dureté. Le fer et l'acier, le yin et le yang. Au forgeron de résoudre ce paradoxe et d'unir le deux en un. Tâche dont, vu sous cet angle, on mesure les implications cosmiques, et d'où provient peut être l'aura mystique et magique qui a toujours accompagné la corporation des forgerons.

Avant de parler des différents moyens mis en œuvre par le forgeron pour construire ses lames, il convient de s'attarder un peu sur la matière même de son ouvrage et la façon dont on l'obtient.

 

Technique et procédés de forge d'aciers modernes

-Fabrication d'un katana en acier sidérurgie
-Fabrication d'une lame en "sandwich" ou sanmaï


Principe du bas-fourneau

-Le procédé du bas fourneau
(procédé ancestral) fabrique directement les matières souhaitées. Ce qui signifie que le métal n'est pas fondu. C'est l'un des intérêts primordiaux de ce procédé.

La matière produite par bas fourneau se présente sous la forme d'une masse appelée "loupe" Celle-ci est un agrégat hétérogène de métal qui s'est formé dans le creuset alors que le métal était à l'état pâteux (et non fondu). Pour cette raison la matière produite doit être affinée. On utilise alors la technique du feuilletage qui permet d'éjecter les grosses impuretés et de fractionner les plus infimes qui sont alors distribuées dans la masse du métal. Ceci est une autre caractéristique du métal de bas fourneau : il n'est pas pur. Or ces impuretés participent à la formation d'une microstructure interne qui donne à la lame forgée une souplesse et une résilience que n'a pas l'acier de haut fourneau, trop pur et trop homogène. Ainsi l'acier de bas fourneau est plus souple, pour une dureté équivalente, plus réfractaire il permet le travail à plus haute température, et il soude de façon incomparable . Ces caractéristiques  mécaniques sont donc à la hauteur du travail énorme que demande son élaboration. Tout forgeron ayant travaillé de l'acier de bas fourneau retourne à l'acier industriel  avec résignation.

 

Forge traditionnelle Japonaise d'un katana

-Réduction de minerai
-Affinage
-Forge de lame

Habillage de la lame

-Fabrication d'un habaki
-Fabrication d'une tsuka
-Fabrication d'un saya


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