Traitements thermiques des aciers damassés

[BDelor]

Ce sujet vise à réunir les informations fournies ici ou là par les membres du forum sur la question des traitements thermiques dans le cas des aciers damassées. Il est loin d'être exhaustif et mérite certainement d'être précisé, amendé, et prolongé par chacun de vous.

Les aciers damassés sont constitués de différentes nuances d'aciers assemblées par soudure de forge. Ces nuances, le plus souvent issues de productions industrielles, ont des compositions chimiques connues, et c'est d'ailleurs la connaissance de ces différentes compostions qui guident le choix du forgeron damasseur en fonction des propriétés esthétiques (couleurs), chimiques ou mécaniques (résilience, trempabilité...) recherchées.

De même, chaque acier utilisé possède, en fonction de sa composition, des caractéristiques de traitements thermiques qui lui sont propres.
Différents aciers se trouvant réunis dans un même acier damassé, la question se pose alors de déterminer quels seront pour ce damas les traitements thermiques appropriés. Pour cela, il convient de déterminer ce qu'il advient des différents éléments d'alliage au cours du processus de soudure à la forge du barreau damassé.

LE CARBONE
A des températures supérieures à 1000°C - ce qui est le cas lors de la soudure d'un barreau d'acier damassé - la diffusion du carbone se fait rapidement. Concrètement, cela signifie que dans un barreau d'acier damassé, en fin du travail de soudure de forge, les différences de concentration en carbone qui étaient initialement présentes dans les différents aciers de la trousse sont "effacées", la concentration en carbone est homogène dans l'ensemble du barreau.
Le taux de carbone résultant sera la moyenne des taux de carbone initiaux présents dans les différents aciers de la trousse (moyenne pondérées par la quantité relative de chaque acier, si les aciers sont présents dans la trousse en quantités différentes).

Exemple 1 : si on utilise en quantités égales 3 aciers qui ont des taux de carbone C1, C2, et C3, au final on aura un taux de carbone C = (C1 + C2 + C3) / 3

Exemple 2 : dans le cas où l'on utilise 3 aciers en quantités différentes, il faut pondérer le taux de chaque acier par la quantité présente dans la trousse : A1xC1 + A2xC2 + A3xC3 = (A1 + A2 + A3) x C
Ce qui fait que le taux de carbone final est : C = (A1xC1 + A2xC2 + A3xC3) / (A1 + A2 + A3)
A1 représente la quantité de l'acier 1, A2 la quantité de l'acier 2, etc... cela peut être le poids de chaque acier, ou le nombre de plats de chaque acier dans la trousse (s'ils ont tous la même épaisseur...).

Influence sur les traitements thermiques : le barreau damassé pourra être considéré comme un acier homogène possédant la concentration en carbone résultant du calcul ci-dessus. Les traitements thermiques pourront être calqués sur ceux appliqués normalement à un acier homogène possédant cette même concentration en carbone.

Remarque : on a supposé ici que rien ne s'oppose dans la trousse de damas à la diffusion homogène du carbone. Lors de l'utilisation de nuances d'aciers carbone ou d'aciers faiblement alliés, c'est effectivement le cas. En revanche il faut savoir que la présence de couches de nickel pur dans la composition de la trousse (ce qui se pratique parfois) constitue autant de "barrages" à la diffusion du carbone qui ne pourra donc se faire que dans la quantité d'acier isolée entre deux couches de nickel.


LES ÉLÉMENTS D'ALLIAGE
Les aciers faiblement alliés sont fréquemment utilisés dans la composition des trousses damassées : leur soudabilité à la forge demeure bonne, et la présence des éléments d'alliage permettent d'obtenir des contrastes de couleurs, ainsi que des modifications intéressantes de certaines caractéristiques physico-chimiques ou mécaniques.

Contrairement au carbone, ces éléments d'alliage ne vont que très peu diffuser. Chaque nuance dans le bloc va donc conserver les caractéristiques propres résultant de ses propres éléments d'alliage. C'est ce qui permettra par exemple d'obtenir à la révélation des couches brillantes avec des aciers au chrome et des couches sombres avec des aciers au manganèse.

Influence sur les traitements thermiques : la présence d'éléments d'alliages dans le bloc d'acier damassé rend les traitements thermiques plus difficiles à déterminer. Chaque couche / nuance va réagir en fonction de sa composition propre. Il faut donc choisir des conditions qui soient "compatibles" avec les traitements thermiques de chacune de ces nuances, sans oublier de tenir compte également du taux de carbone résultant de la diffusion (voir paragraphe précédent).

Dans le cas d'acier "carbone" faiblement alliés, la difficulté n'est pas insurmontable car ces aciers ont des conditions de traitements thermiques relativement proches. il est généralement assez facile de trouver un compromis acceptable.

En revanche, si l'on combine des aciers ayant des conditions de traitements thermiques radicalement différentes (aciers "carbone" faiblement alliés - aciers inox - aciers maraging...), il peut devenir impossible de trouver des conditions communes convenant à l'ensemble des nuances. Il faudra alors chercher à élaborer des traitements thermiques par phases successives adaptées à chaque nuance distincte, et en prenant soin de ne pas dégrader à chaque nouvelle phase les caractéristiques déjà obtenues lors de la phase précédente...

[Fred]

Bonjour,
tout d'abord, merci pour cette analyse simple et concise.
Je suis tellement content quand j'arrive à sortir un damas sans défaut de soudure que j'avoue n'avoir jamais réfléchi si loin ! Cependant, ton analyse m’amène à poser 2 questions :

• Si le carbone se répartit de façon homogène entre les aciers, peut-on en déduire qu'en utilisant des aciers dont seul le taux de carbone diffère, on obtiendra un damas quasi-invisible à la révélation ?
• J'ai toujours cru que le carbone avait tendance à "fuir" l'acier lorsque l'on forge à haute température. Est ce une erreur ?

Merci d'avance pour tes réponses à venir.
Fred

[BDelor]

Le carbone a effectivement tendance à "fuir" à haute température : il y a toujours une perte par décarburation. Pour être exact, il faudrait donc enlever quelques pour-cents au taux de carbone résultant pour en tenir compte. Quant à évaluer l'importance de la décarburation, c'est difficile car cela dépend de la durée du travail et de la manière de travailler de chacun.

En utilisant seulement des aciers non alliés, à la révélation on a très peu de contraste : on voit essentiellement les lignes de soudure. On explique habituellement ces lignes de soudure par la décarburation en surface causée par la haute température, mais à mon sens, elles devraient être quasi-invisibles du fait de l'homogénéisation du carbone. J'imagine qu'il doit se produire en surface d'autres phénomènes et modifications de l'acier, c'est une question à laquelle je n'ai pas de réponse...