Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients


Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede cardoso5fr » Dim 5 Juil 2009 19:32

Le titane est un matériau non ferreux qui est souvent utilisé en coutellerie.
Pour plus d'informations sur le titane en général, je vous laisse faire un saut sur wikipédia. C'est clair et complet.

Le titane employé en coutellerie

Les types de titanes
Pour le titane, on parle de Grade :
De 1 à 4 on parle, de titane pur.
Ce titane est moins utilisé en coutellerie (on trouve du grade 4 de temps à autres). Il est plus mou mais moins ressort et donc plus cassant.
On peut utiliser ces grades pour :
  • des plaquettes de couteaux à friction, de slip joint (pas besoin d'effet ressort)

  • Garde de couteau, talon,
  • Plaquettes de fixes.
  • Mitres....

  • Faire des bijoux (une bonne partie des piercing : par exemple, certains sont en titane de grade 1).
Enfin toutes les applications ou il n'y a pas besoin d'effet ressort, et toutes les applications ou les propriétés esthétiques ou le titane peut être utilisé.
Les grades 5 et au dessus : Alliages de titane
Ce sont des alliages de titanes et d'autres éléments chimiques. (Tout comme les aciers sont des alliages de fer et de carbone et de ...)
Le grade 5 ou Ta6v4 est le plus utilisé en coutellerie. C'est du titane de qualité aéronautique (et militaire également).

Ou peut utiliser ce titane pour toutes les applications précédentes, mais aussi et surtout pour :
  • réaliser des platines de frame lock et liner lock.

En effet, ces alliages ont un bon effet ressort et une excellente résistance à l'abrasion.
En plus, certains grades comme le Ta6v4 se "trempe". Je ne suis pas un spécialiste en non ferreux et je n'ai pas compris grand chose au traitement thermique du titane. Ce que je sais c'est que si la tête d'un frame en grade 5 n'est pas trempée, elle "colle" au talon de la lame qui, lui, est en acier trempé.

Process de trempe du titane (enfin mon processus qui est repris sur celui de Jens ANSO)
  • Chauffe au rouge / orange brillant : Trempe dans l'eau : Ce process est fait deux fois de suite.
  • Chauffe au rouge / orange brillant : Laisse refroidir à l'air.
  • Nettoyage de l'ensemble à l'abrasif pour enlever la couche d'oxyde qui s'est formé.

Les avantages du titane
  • Il est plus léger que l'acier pour une résistance identique voir supérieur.
  • Il est totalement inoxydable
  • Il est compatible avec un usage alimentaire.
  • Il s'anodise (ce qui offre des possibilités esthétiques infinies) . La couche d'oxyde de titane formée lors du processus d'anodisation protège le matériau.
    anodisation par la chaleur

  • anodisation électrique. Une solution acier, et on fait passer le courant dans la solution aux travers du matériaux : A chaque voltage correspond une couleur.

- Il est ressort (dans les grades 5 et plus)

Les inconvénients
  • Difficile à usiner.
  • Très résistant à l'abrasion (forte usure des bandes et des consommables)
  • Fait des étincelles aveuglantes et incendiaires : J'ai mon pantalon en coton qui a pris feu et cela peut occasionner des départs de feu facilement
  • Cher
  • Pas forcément simple à trouver. (On peut en trouver sur ebay et chez certains fournisseurs de matériel de coutellerie).
Il est parfois utilisé pour faire des lames, mais il tient relativement mal le fil.
Il est assez mou, mais permet d'avoir des couteaux très légers pour des usages peu fréquents (couteau de démineur, de plongeur...).

J'ai fait un balisong entièrement en titane :
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede BDelor » Dim 5 Juil 2009 19:39

Merci beaucoup !
Quel outillage (forets, scie, abrasif, tarauds, etc...) utilises-tu pour le travailler ?
S'agit-il d'un outillage spécial ou celui pour l'acier convient-il ?
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Re: Titane et coutellerie

Messagede cardoso5fr » Dim 5 Juil 2009 20:27

Le même que pour l'acier :
Pour couper :
  • Scie à main hss (très long, fatigant, mais faisable et permet d'être assez précis),
  • Scie à ruban (attention les doigts),
  • Disqueuses et disques pour couper l'inox d'1mm (attention à l'incendie) : très efficace, en ligne droite.
Pour grinder :
  • Ponceuse à bande / Backstand : Attention aux étincelles et aux brulures sur les doigts (le titane monte en température trés vite et lorsqu'on le tient à main nue cela va beaucoup plus vite que l'acier.)
  • Lime : Long et épuisant, mais très faisable.
Pour Percer :
  • Mèche HSS standard : cela perce mais s'use, il faut réaffuter ou changer tous les 10 trous à peu prés,
  • Mèche HSS cobalt : cela tient trois fois plus longtemps à peu prés,
  • Mèche HHS revêtement titane : Pas mieux que l'hss standard (mais j'ai eu que des mèches de mauvaises qualités, je pense).
Pour tarauder : Je taraude avec ce que je trouve, mais je peux dire que j'utilise beaucoup d'huile WD40 car le titane n'aime pas du tout être percé et être taraudé. Cela "colle" vraiment à l'outil.
Pour usiner :
  • Fraise HSS : s'usent très vite,
  • Fraise HSS cobalt : s'usent beaucoup moins vite,
  • Fraise carbure de tungstène : hors de prix mais très efficace. Généralement, elles cassent avant d'être totalement mortes.
Donc rien de plus que pour travailler l'acier : je travaille avec relativement peu de moyens en fait, et je m'en sors. C'est pas toujours très propre, mais on peut très bien se faire plaisir.
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede BDelor » Dim 5 Juil 2009 23:35

Merci de tes mises en garde pour les risques de brûlure et d'incendie.
Petite parenthèse, j'ai déjà failli mettre le feu à l'atelier à mes débuts avec les projections de borax, ça m'a servi de leçon une bonne fois pour toutes, et depuis il n'y a plus dans le local forge que de la ferraille. Le bois, le ponçage, les stocks d'abrasifs, tout est dans la pièce à côté. Et les bouteilles de pétrole, acétone, alcool, etc, c'est encore ailleurs... fin de la parenthèse.

Pour en revenir au titane, est-ce que tu as des adresses de fournisseurs ?
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede cardoso5fr » Lun 6 Juil 2009 18:09

Il y a sûrement plein d'autres endroits. Je me fournis principalement sur ebay et chez un forumeur.
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede kurillos » Lun 5 Juil 2010 01:49

Bonjour tout le monde,

J'ajouterai une chose pour les alliages de titane ou le titane pur.

Le titane réagit violemment avec l'oxygène, l'azote, le carbone et l'hydrogène; et ce à partir de 300°C. Si on arrive à obtenir des effets de couleur (comme pour l'inox quand on le soude) le titane a un mécanisme vicieux qu'il faut connaître (et respecter) pour sa mise en œuvre :

C'est un métal doté d'une forte malléabilité quand il est pur au sens industriel, à 99.5%. Pur, il peut se déformer beaucoup avant de rompre, un peu comme l'inox austénitique (la fameuse série "300" : les 304, 316, 309, 321...). Une fois qu'on l'a déformé (mieux vaut le faire à froid, mais il faut des machines puissantes vu ses hautes caractéristiques mécaniques) le titane se retrouve en limite de rupture, étant écroui au maximum il faut faire un recuit, à 700°C pendant deux bonnes heures !.

Et c'est là où le piège intervient !

A partir de 300°C, le titane absorbe comme une éponge l'oxygène de l'air, mais aussi l'azote, le carbone et l'hydrogène s'il y en a.

NOTA : L'hydrogène est produit très localement dans le dard de la flamme de l'oxyacétylène, c'est que qui permet d'avoir une flamme réductrice avec lequel on peut souder des métaux, cette flamme n'étant ainsi ni oxydante, ni carburante !

Le titane réagit à chaud avec ces "polluants atmosphériques", il va former des eutectiques avec eux. En fait, l'oxygène, l'azote, le carbone et l'hydrogène vis-à-vis du titane jouent le même rôle que le carbone vis-à-vis du fer.

On forme ainsi des oxydes de titane, des nitrures voire des carbonitrures de titane (et des hydrures). Et ces composés sont extrêmement durs et cassants.

Le souci, c'est que ces polluants pénètrent à cœur dans le titane, au point de diminuer considérablement sa ductilité. A la moindre contrariété mécanique il va se briser net comme du verre, et couper comme ce dernier !

On a beau retirer les surfaces colorées avec un abrasif, le métal est donc irrémédiablement pollué.
Process de trempe du titane (enfin mon processus qui est repris sur celui de Jens ANSO)

* Chauffe au rouge / orange brillant : Trempe dans l'eau : Ce process est fait deux fois de suite.
* Chauffe au rouge / orange brillant : Laisse refroidir à l'air.
* Nettoyage de l'ensemble à l'abrasif pour enlever la couche d'oxyde qui s'est formé.


Les deux montées suivies d'un refroidissement dans l'eau peut s'apparenter à une opération de recuit, mais ici les températures et temps de maintien me semblent trop froid et surtout trop court pour ce faire. Cette opération s'approche beaucoup du recuit tel qu'obtenu avec du cuivre pur, pour cintrer localement un tube écroui / dressé. A mon sens, cette opération va surtout conduire à apporter au titane des éléments durcissants.

La chauffe au rouge-orangé suivi d'un refroidissement à l'air va elle faire effectivement durcir le métal par le mécanisme décrit plus haut.

A noter que pour être plus parlant, je vous donne un ordre de grandeur :
Si je prends deux échantillons de titane pur, un grade 1 et un grade 4, ils ont des caractéristiques très différentes : le grade 1 est franchement mou, le grade 4 est lui très raide. Mais à quoi tient cette différence ?
A la teneur en oxygène surtout, et comme on peut le voir, ça tient à trois fois rien !

La seule modification de la teneur en oxygène provoque une variation de la résistance mécanique et une augmentation de la fragilité, pour un métal pur pourtant très ductile de nature.

Titane Grade 1 - anciennement noté T35 : élasticité 0.2% = 170 MPa, limite de rupture = 240 MPa, Allongement (en %) : 24 %, Striction : 30 %. Titane pur, avec O < 0.18 %, Fe < 0.20 %, H < 0.015 %, C < 0.08 %, N < 0.03 %.

Titane Grade 2 - anciennement noté T40 : élasticité 0.2% = 275 MPa, limite de rupture = 345 MPa, Allongement (en %) : 24 %, Striction : 30 %. Titane pur, avec O < 0.25 %, Fe < 0.30 %, H < 0.015 %, C < 0.08 %, N < 0.03 %. Soit 0.07% d'oxygène en plus que Gr.1

Titane Grade 3 - anciennement noté T50 : élasticité 0.2% = 380 MPa, limite de rupture = 450 MPa, Allongement (en %) : 18 %, Striction : 30 %. Titane pur, avec O < 0.35 %, Fe < 0.30 %, H < 0.015 %, C < 0.08 %, N < 0.05 %. Soit 0.17% d'oxygène en plus que Gr.1

Titane Grade 4 - anciennement noté T60 : élasticité 0.2% = 485 MPa, limite de rupture = 830 MPa, Allongement (en %) : 15 %, Striction : 25 %. Titane pur, avec O < 0.40 %, Fe < 0.50 %, H < 0.015 %, C < 0.08 %, N < 0.05 %. Soit 0.22% d'oxygène en plus que Gr.1

En conclusion, avec 0.22% d'oxygène en plus, le titane grade 4 devient presque 3 fois plus résistant que la nuance la plus pure.
L'allongement est lui réduit de moitié, c'est considérable au vu du très peu d'oxygène apporté.

Et chauffer à l'air libre une feuille de titane lui fait ingurgiter très vite beaucoup trop de polluants N et O surtout, mais aussi C et H au passage de la flamme, au point d'obtenir du titane cassant comme du verre. Pour forger du titane sans le modifier, il faut le faire soit sous vide d'air soit sous atmosphère d'argon, et là même les industriels ont du mal à le faire...

Je pense que la coloration électrolytique après formage est bien meilleure qu'un traitement à la flamme, mais elle est malheureusement uniforme. Cette coloration n'altère en aucune manière l'excellente résistance à la corrosion du titane, de très loin supérieure à celles des inox de la série 300.

Mais pour le formage d'une telle pièce, il faut pouvoir y arriver avec des outils de formage puissants, le grade 1 étant nettement plus indiqué pour cela (et disponible à moindre prix) que le grade 5 (TA6V) qui demeure raide comme la Justice !

Une alternative pour se fournir à moindre coût, c'est de s'adresser à des chaudronneries spécialisées dans les appareils à pression et dans la fabrication d'échangeurs de chaleur. Ils revendent leurs chutes à des filières de recyclage, mais peuvent les revendre plus cher à un particulier ou à un professionnel; et ces derniers réaliser quand même une économie, plutôt que d'avoir à se fournir via eBay ou des sociétés spécialisées dans la revente de feuilles de titane découpées au tarif fort.

J'attire votre attention sur le fait qu'un certain nombre de grades de titane sont alliés avec du palladium; pour un usage expressément joaillier : les grades 7, 11, 16, 17 et 18. Le grade 12 contient du Nickel et du Molybdène et ne peut être employé à cette fin (allergie au Nickel !).
Plus d'informations ici (fichier .pdf en Anglais).

Bien à vous.
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede cardoso5fr » Lun 5 Juil 2010 10:50

Trés intéressant comme propos. En plus, je viens enfin de comprendre la corrélation entre le Grade et les Txx que l'on retrouve sur certaines plaques.

Pour le process de trempe du grade 5 que j'ai évoqué, je ne sais en rien le processus, tout ce que je peux dire c'est qu'une fois appliqué sur la tête d'un liner ou d'un frame lock, le matériau ne "colle" plus a l'acier trempé. Je n'aurais pas cru que le titane se comporte comme une éponge avec les "polluants" extérieurs.

Personnellement, je n'ai qu'un chalumeau propane, je ne sais pas trop si ce type de chalumeau produit de l'hydrogène.

Après je ne suis pas sûr que le fait de faire une anodisation par la chaleur puisse être très préjudiciable en coutellerie. Les contraintes mécaniques sont tout de même nettement moins importantes sur un frame lock que dans l'aéronautique .

Après il est tout à fait possible d'obtenir des dégradés par électrolyse : il suffit de brancher un pinceau imbibé de solution acide à un des pôles électriques (je ne sais jamais lequel) et de brancher l'autre pôle au titane. Cela permet de faire varier les colorations un peu comme à la flamme mais nécessite toujours une alimentation stabilisée ou un grand nombre de piles en série.
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede kurillos » Lun 5 Juil 2010 12:32

Bonjour,

Pour compléter le propos, les flammes produites par tous les gaz carburants seront systématiquement soit à caractère oxydant soit à caractère carburant. C'est parfois un avantage, pour le soudage de l'aluminium (au chalumeau oxyacétylénique) il faut avoir une flamme imbibée d'acide borique et réglée un poil carburante, l'alu déteste l'hydrogène (formation de soufflures !).
A l'exception de l'acétylène C2H2 et du dihydrogène, tous les autres gaz fournissent une flamme oxydante ou carburante, l'hydrogène "libre" n'est pas présent dans ces flammes-là.

Les chalumeaux au propane sont en fait divisibles en deux catégories : les chalumeaux aéropropane, et les chalumeaux oxypropane.
Bien sûr, employer de l'oxygène pur va relever la température de la flamme et supprimer la pollution liée aux oxydes d'azote ; mais la flamme ne sera jamais "neutre". On peut braser avec, mais la soudure des métaux est impossible malgré le fait que sa température soit bien supérieure au point de fusion de la plupart des métaux.

Une astuce toute simple pour ne plus confondre les polarités d'un courant électrique continu, et leurs effets :

Il faut juste retenir que les électrons ont une charge propre qui est TOUJOURS négative. Dans un générateur de courant continu (une pile, une batterie de voiture, une alimentation stabilisée, un bon poste à souder) les électrons vont se fuir les uns des autres : ayant tous la même charge, ils se repoussent mutuellement. Ils circulent ainsi du (-) vers le (+), là où règne un déficit d'électrons.

Cette "chute" analogue à une cascade (ou un évier de cuisine) a des conséquences très importantes en soudure électrique et en galvanoplastie.
En galvanoplastie, la pièce à recouvrir est toujours reliée au (-). Car elle reçoit les cations métalliques (Au2+, Ag2+, Cu2+, Cr6+). A l'inverse, l'électrode en graphite va elle recevoir étant au (+) les anions des composés chimiques qui accompagnent les métaux originellement dissous, comme les halogènes (le Fluor F-, le Chlore Cl-)...

Pour mieux s'en souvenir, il faut retenir que les métaux qu'on cherche à déposer en couches minces sont obligés de cheminer dans l'eau jusqu'au métal-cible. Et pour cela, s'ils sont attirés par le métal cible, les métaux devenant tous des cations (ions positifs), il faut nécessairement que la pièce-cible soit au pôle négatif du générateur de courant continu.


Pour en revenir au titane, le grade 5 (appelé TA6V) est un alliage destiné à l'armement, il contient 6% d'aluminium et 4% de vanadium ; mais surtout, c'est un alliage biphasé à la température ambiante : on trouve à la fois des cristaux hexagonaux compacts (HC, dit alpha) et également des cristaux cubiques centré (CC, dit bêta).

C'est une nuance réputée à problèmes, pas évident du tout à souder : en plus d'avoir du matériel "suisse", il faut des paramètres très stricts. Mal mis en œuvre, il fissure de partout.

Dans notre activité artisanale, je dirais qu'on ne sait pas à quoi s'attendre à employer du Grade-5. Dans l'industrie, on fait en sorte d'avoir zéro pollution : on emploie de l'argon de très haute pureté, des boîtes à gants étanches avec des hublots nettoyés à l'avance, des pièces polies à mort pour supprimer les poussières. Pour inonder la chambre d'argon, c'est un spectromètre qui vérifie constamment le taux résiduel d'oxygène, exprimé en % puis en parties par million !
Une telle installation de "chaudronnerie blanche" coûte des sommets, et malgré ce genre de précautions drastiques, des phénomènes très complexes vont modifier les équilibres cristallins et le Grade-5 peut fissurer, avant même sa mise en service !

Dans notre cas, c'est un peu la roulette russe. Mais à mon avis, le TA6V va être encore plus dur chez nous avec ce genre de traitement !

Ce que je comprends en lisant ta phrase
le matériau ne "colle" plus à l'acier trempé.
c'est qu'il devient facile d'ouvrir la lame en acier de son armature en titane trempé-coloré. Le TA6V est déjà dur d'origine, cette opération va le durcir davantage, c'est certain. Mais je me demande si ce problème de collage ne serait pas juste dû à des tolérances géométriques trop serrées ou trop irrégulières.

Un simple trou dans le titane se perce sans trop de difficulté avec des forets HSS alliés au cobalt. Mais y passer ensuite un petit coup d'alésoir devrait permettre d'améliorer l'état de surface et la rigueur dimensionnelle. Pour arriver à un couteau fonctionnel, les coefficients de frottement entre l'acier de coutellerie forgé et le titane ainsi traité font que pour arriver à une ouverture de la lame ferme mais pas raide ni lâche, il faut à mon sens un usinage tolérancé, genre H7-p6, et éviter les rodages intensifs (qui a dit 200 ouvertures de lame ?).

Une autre alternative plus élégante serait d'intégrer dans l'armature d'un couteau un ressort plat forgé "en clé de fa", de cette manière la lame reste dans son armature, le ressort travaille contre le mouvement d'ouverture, pour finalement bloquer la lame une fois ouverte avec un système d'encoche. L'usinage d'une telle came demande juste un bel état de surface sur la zone en contact avec le ressort, les variations de cotes entre le modèle du plan et la réalité du couteau, c'est le ressort qui s'en affranchira...

Bien à vous.
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede cardoso5fr » Lun 5 Juil 2010 20:56

Je crois qu'on ne parle pas exactement de la même chose. En ce qui concerne le travail "d'anodisation à chaud", il va se faire en fin de travail, une fois que l'intégralité des polissages, mises en forme ou autre auront été réalisées. C'est à but purement esthétique, et il n'y aucune recherche d'amélioration mécanique ou autre. Et même si le traitement à la flamme a une incidence sur la résistance du matériau, cela a mon sens ne va pas poser trop de problème car les contraintes que des platines de pliants vont supporter sont à mon avis loin de celles qui sont prévues lors d'application à usage militaire.

Le TA6V4 est utilisé en coutellerie principalement car (contrairement au 4 premiers grades), il est nettement plus "ressort" et "résistant" pour réaliser les platines ressorts des frame-lock ou liner-lock tout en étant léger.

En ce qui concerne le "traitement de chauffe / refroidissement", il ne s'applique que pour la tête de frame/liner lock qui vient se placer sous la lame. Une tête de frame en TA6V4 non trempé "colle" au talon de la lame en acier trempé. Alors qu'une tête de frame trempé ne "colle" pas tout en faisant son office de verrouillage. Aprés le concept est surement de durcir le titane sur cette partie, de changer sa structure. L'un dans l'autre tout ce que je sais c'est que d'expérience, il peut être difficile de "déverrouiller" une tête de frame non trempée alors que cela se fait aisément avec une tête trempée.
Je ne parle pas ici de tolérance de perçage, d'ajustage, ou autre, ni de résistance à la friction de l'acier sur le titane (friction qui en générale est limitée au maximum dans la réalisation de pliant par l'intermédiaire de rondelles ou de système de roulement à billes).
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Re: Le titane en coutellerie : types, avantages et inconvénients

Messagede kurillos » Lun 5 Juil 2010 22:50

Rebonjour,
merci pour cette explication complémentaire, j'avais mal cerné où le problème se produisait avec du titane "brut".
Et du coup, je comprends mieux comment la lame s'articule sur son armature.
Bonne soirée et au plaisir de te lire.
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