Utilisation de la poudre à cémenter en coutellerie

[michelS]

Pour parler des poudres à cémenter :

[Guillaume48]

Ce que je trouve le plus intéressant n'est pas tant la poudre à cémenter (qui doit être du prussiate de potasse si ma mémoire est bonne et qui est utilisée depuis bien longtemps) que le test de dureté compact qui est employé. Ça me brancherai bien d'en faire l'acquisition...

[kurillos]

Bonjour Guillaume,

Tu as raison de t'intéresser aux appareils de mesure de duretés. Sans mesures, difficile de savoir où l'on se situe en termes de pratique et de maîtrise. Mais il est vrai que ce domaine de mesure s'appuie sur des moyens "lourds" assez éloigné de l'outillage traditionnel... en tout cas, concernant les appareils à mesurer les duretés, il y en a de différentes sortes :
(Je balaye large pour un contenu le plus informatif possible, je me doute bien que tu as ces notions développées plus bas !).

- Des systèmes de cales étalons et de poinçons qui indentent ou n'indentent pas. On en trouve en Suisse notamment.

- Des systèmes à billes (duretés Brinell) pas toujours adaptés aux métaux durs de coutellerie, plutôt des cuivreux ramollis et des aluminiums tendres. Ils ne sont pas donnés, et il faut un matériau assez épais, inadapté en coutellerie. J'ai plutôt des mesures en HB pour des plastiques et des élastomères !

- Des systèmes à pénétrateurs, en échelles de duretés Rockwell, soit à billes d'acier ou de carbures; soit en pointe conique en diamant, dont voici un tableau assez utile :


échelle Rockwell "A" : symbole HRA.
Cône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 588,6 Newtons tout de même. Pour carbures, acier et en épaisseur mince.

échelle Rockwell "B" : symbole HRB.
Bille d'acier de 1,588 mm (1/16 de pouce) de diamètre.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 981 Newtons ! Pour alliages de cuivre, acier doux, alliage d'aluminium...
et matériaux ayant une résistance à la rupture comprise entre 340 et 1 000 MPa.

échelle Rockwell "C" : symbole HRB.C
Cône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 1 471,5 Newtons !! Pour aciers, fontes, titane...
Matériau ayant une dureté résistance à la rupture supérieure à 1 000 MPa.

échelle Rockwell "D" : symbole HRD.
Cône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 981 Newtons !

échelle Rockwell "E" : symbole HRE.
Bille d'acier de 3,175 mm (1/8 pouce) de diamètre.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 981 Newtons ! Pour fontes, alliages d'aluminium et de fontes d'aluminiums.

échelle Rockwell "F" : symbole HRF.
Bille d'acier de 1,588 mm (1/16 de pouce) de diamètre.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 588,6 Newtons. Pour alliages de cuivre recuits, fine tôle de métal...

échelle Rockwell "G" : symbole HRG.
Bille d'acier de 1,588 mm (1/16 de pouce) de diamètre.
Valeur de la force totale F0 + F1 : 1 471,5 Newtons !! Pour cupro-nickels, alliages cuivre-nickel-zinc (maillechorts)...

Le souci, c'est que pour générer la force de compression et étalonner les billes métalliques ou payer le diamant, de telles machines sont onéreuses. D'autant qu'il faut y adjoindre un microscope et de quoi faire des mesures micrométriques...

La dureté Vickers emploie un pénétrateur pyramidal en diamant doté d'un angle sommital de 136°. Mais la charge varie de 5 à 10 Newtons et on mesure uniquement l'étendue des deux diagonales. La lecture est plus précise, l'appareil se transporte facilement, comparé à l'équipement requis pour une mesure HRD et ses 981 Newtons réglementaires.
La gamme de duretés en HV10 (avec 10 Newtons de charge) est très étendue et concerne les métaux mous jusqu'aux céramiques techniques et les superalliages.

J'ai eu l'occasion en 2010 d'employer un appareil portatif de chez Krautkramer-Branson dans une usine française. Son coût était (à l'époque de l'achat, il y a dans les 15 ans de cela) de $23000 environ. Il est gros comme une télécommande, et possède un stylet relié par un câble à l'instrument. La moindre chute, le moindre choc fusille ce matériel de précision !

Il existe des duromètres qui mesurent le rebond d'une bille, mais la dispersion liée à l'état de surface est très importante.
Leur coût est suffisamment élevé pour préférer quelque chose de plus pointu encore.

La société General Electric Inspection Technologies propose ce type d'équipements.
Un lien pour se faire une idée : lien

Il y a aussi Cegelec qui en distribue, leur site est en maintenance, ils ont du retard, c'est bien dommage car ils ont des appareils très intéressants, et "presque accessibles" ! : lien

Une idée du matériel que j'ai employé, je placerai des photos : lien

Le principe est très ingénieux car la mesure se fait en mesurant la réaction du diamant avec un système d'analyse par ultrasons : Ultrasonic Contact Impedance, conforme à la norme ASTM A 1038.
On gagne l'achat (et le déploiement) d'un microscope optique, les mesures de duretés obtenues étant l'obtention d'un "cratère carré" d'environ 0.1 à 0.3 millimètres de côté sur la pièce à contrôler !
La charge sur le diamant varie de 1 à 98 Newtons (de HV0,1 à HV10).

Pour ceux qui se demandent pourquoi la mesure de la dureté est un critère important, c'est que les diagrammes de traitements thermiques "prédisent" l'obtention d'une dureté-type en fonction de paramètres température et temps (dans la durée du refroidissement). Et cela permet de s'assurer que le traitement thermique a bel et bien donné tout son potentiel : trop mou on ne coupe pas très longtemps, trop dur la lame se brise à l'usage !

J'essaierai d'apporter l'information prix pour ces appareils du type MIC-10.
La concurrence est rude et les prix ont baissé, grâce aux progrès de l'électronique.

¤ Peux-tu me transmettre la formule brute et développée du prussiate de potasse ? (et éventuellement les données de sécurité de ce composé, qui semble fumer au possible...)

Bien à toi.
Bien à vous tous.

[Guillaume48]

Bonsoir Kurillos.
Tu es décidément quelqu'un d'encyclopédique! Ceci dis, je ne pourrai surement jamais m'offrir un équipement de mesure de dureté, mon seul espoir étant de trouver une solution pour estimer cette dureté de manière acceptable...

Le prussiate de potasse est le ferrocyanure de potassium et comme son nom l'indique, les fumées de ce produit doivent être extrêmement bonnes pour la santé... Je ne sait pas si le "Cherry Red" est composé de ce produit, mais le prussiate à été utilisé de longue date pour réaliser des durcissements de surface sur l'acier, accompagné bien souvent de tout un tas d'autres substances.
Un exemple issue du "Traité pratique de l'art de tremper les métaux" de J.-B ZABE, en page 36:
"Pour les instruments devant avoir une grande dureté:
Corne de pied de bœuf - 1kg
Sel marin décrépité - 1kg
Prussiate de potasse - 1kg
Tan ou écorce de chêne- 1kg
Nitrate de potasse - 0,5kg
Savon vert - 2kg
Huile de pied de bœuf - 2kg

On fait une pâte qu'on manipule à froid. On chauffe la pièce à tremper au rouge cerise (étonnant non??) puis on la plonge dans cette pâte pour la reporter au feu, puis la replonger dans ladite pâte et enfin tremper dans un bain d'eau composée (contenant de la gomme arabique, de la suie grasse et du savon vert)."

On constate que dans cette formulation, on retrouve le fameux prussiate, mais aussi des élément contenant de l'azote notamment. De plus, le bain de trempe comporte de la gomme arabique et du savon pour modifier la tension de surface.

Je n'ai pas les connaissances pour analyser l'effet de tout ceci, mais la migration du carbone et de l'azote à haute température permettrai à elle seule d'expliquer une part certainement significative du durcissement. On s'approche d'une carbo-nitruration de surface, même si on est bien loin des durées nécessaires à une trempe en paquet.

En espérant avoir participé à nourrir ta curiosité.

[kurillos]

Eh bien merci de m'avoir répondu si diligemment, il est vrai que le terme "prussiate" à titillé ma mémoire pour faire clignoter le voyant interne (c'est le rouge écarlate) : "attention, composé qui craint" !!

Par chez moi dans l'Aisne, on ne connaît que trop bien les saletés de la première guerre mondiale, toujours actives et qui contiennent notamment "un cousin germain" du composé susnommé, le redouté acide prussique (l'ancêtre du Zyklon-B de l'Holocauste, qui est "juste" du cyanure d'hydrogène pur, gaz de combat mortel à très faible doses, même les mouches tombent).

A ce que je lis de cette recette, je vois que cette mixture est riche en kératine, ce produit animal est riche en soufre et ce dernier à une action des plus étonnante sur les métaux. Il modifie le sens d'écoulement des cellules de Marangoni, mais ici on ne crée pas de bain de fusion. A mon avis le soufre joue ici le rôle de "facilitateur de la pénétration de carbonitrures".

Le soufre (corne de pied de bœuf) est comme l'oxygène un puissant chalcogène. Employer du soufre doit permettre d'isoler l'action de l'oxygène et de l'azote atmosphérique. On doit donc avoir une pâte assez épaisse (sel marin décrépité) riche en tanins (qui contiennent des molécules du genre cycles benzéniques complexes avec fonctions hydroxydes à tout les étages, donc fortement basiques), le nitrate de potasse apporte encore de l'azote, la potasse KOH ne fait qu'apporter la mariée ici (mais reste basique comme les tanins); le savon vert doit servir de liant : même chaud, il prend la consistance d'une cire, plutôt neutre chimiquement si le savon est "actuel", l'ancien est basique car un savon vert de Marseille contient entre autres des huiles végétales, de la cendre (phosphates), de la soude NaOH et mélangée à du sel NaCl).

Le prussiate semble être le cœur actif de cette drôle de tambouille infâme : le cyanure, qui est juste une fonction comprenant l'anion CN-, est formé d'un atome de carbone (moins) lié par une liaison triple à un atome d'azote. Le proton (hydrogène H+) équilibre la charge de l'ensemble, d'où le nom de cyanure d'hydrogène.

Paradoxalement, je suis allé voir ce qu'il en est, et les composés ferrocyanures (ou hexacyanoferrates II) Fe(CN)6 4- sont pratiquement inoffensifs pour le vivant. On les emploie comme additifs alimentaires !
Ce sont les additifs E 538, E 535 et E 536, qui sont des anti-agglomérants, notamment employés pour le sel de cuisine et dans l'élaboration des vins rouges et blancs, ils servent pour faire précipiter le fer et le cuivre contenus dans les cuves, après les traitements à la bouillie bordelaise !

Le plus amusant, c'est que le ferrocyanure de potassium est considéré par le RepTox comme dangereux s'il est chauffé à plus de 70°C ou mis en contact avec des acides, où un dégagement de cyanure d'hydrogène mortel est à craindre...

Une fois bien chaud, le mélange "largue" dans l'acier du carbone déjà lié à de l'azote (c'est notre fonction cyanure, très toxique), plus de l'azote apporté avec le nitrate de potasse. L'hydrogène autrefois lié au cyanure ainsi que son cation le potassium peuvent tranquillement réagir avec les fonctions hydroxydes du savon et des tanins.

Mais si on vient à entrer en contact avec les vapeurs de cyanure qui ont réagi en excès et pas avec l'acier à traiter, on peut mourir par le mécanisme suivant : par contact cutané, respiratoire ou par ingestion, une concentration de 300 ppm (300 parties par million, soit 0.003% en masse) est suffisante pour tuer quelqu'un en quelques minutes.

En France, l'arrêté du 4 Novembre 1975 modifié impose que la masse des matériaux inflammables utilisés dans les aménagements intérieurs n'entraîne pas une quantité d'azote pouvant être libérée sous forme d'acide cyanhydrique, supérieure à 5 grammes par m3 du volume du local considéré.

J'ai pu lire que le seuil de sensibilité olfactive (mais tout le monde ne le détecte pas) apparaît dès 0,814 ppm. Le cyanure est réputé pour avoir une odeur d'amande amère.

La bonne nouvelle d'après le RepTox (Québec), c'est que le cyanure d'hydrogène mortel reste extrêmement inflammable et brûle spontanément à partir de 540°C.
D'où la mesure de sécurité de bon sens qui doit consister en un "arrosage généreux" de la flamme, le temps que la cémentation se fasse, de cette manière on limitera la production d'HCN à la source...

Ils recommandent en outre l'usage d'un appareil de protection respiratoire à production d'air autonome, à partir du moment où la concentration dépasse 47 ppm par m3 d'air... ainsi qu'une combinaison étanche.

Effets aigus Mise à jour : 1989-05-15

Irritation possible de la peau, des yeux et des muqueuses; asphyxie chimique: maux de tête, confusion, faiblesse, vertiges, nausées, vomissements, respiration rapide, tremblements, anxiété, palpitations, possibilité de troubles visuels, sensation d'oppression, rougeur de la peau, perte de conscience, convulsions, paralysie, arrêt respiratoire et mort possibles; exposition à une forte concentration: perte de conscience, arrêt respiratoire et mort rapide.

Mais revenons-en à notre réaction infernale :
Pendant ce temps, le soufre contenu dans la corne, qui contient un peu plus de 15% en masse d'un acide aminé soufré (la kératine, de formule brute C3H7NO2S) se fait le gardien efficace vis-à-vis de l'oxygène atmosphérique, et les corps gras alliés au savon empêchent le mélange de s'écouler de la pièce même brûlante : ces molécules de haut poids moléculaires s'écoulent paresseusement, même avec une chaleur d'enfer en dessous d'elles... comme elles sont riches en carbone, on évite l'oxydation de la pièce, pas de légère décarburation donc.

Plus la température de l'acier est élevée, plus les petits atomes de métalloïdes type carbone et pnictogènes azote peuvent diffuser rapidement (et donc profondément) dans les mailles cristallines. Ce qui n'est pas le cas des gros atomes de métal, qui eux ont une cinétique de pénétration extrêmement réduite : des ordres de grandeurs de 1 mm par an voire par millénaire.

Bien évidemment à cette température, on est pas encore totalement austénitique, c'est "dommage" car l'austénite peut dissoudre énormément de carbone, contrairement à la ferrite. Mais austénitiser l'acier revient à annuler les traitements thermiques antérieurs. Et à faire grossir les grains, car à cette étape le forgeage, il est fini !

Voilà comment je décrirai l'action de cette pâte. A mon avis, en plus d'un masque à gaz, mieux vaut aussi employer des gants étanches pour produits chimiques agressifs, car le cyanure aime bien réagir au travers de la peau.

Voilà ce qui est dit en termes de secours :

Premiers secours 17 Mise à jour : 2010-04-09

Inhalation
En cas d'intoxication, donner de l'oxygène et transférer immédiatement la personne au service médical d'urgence le plus près.

Contact avec les yeux
Rincer abondamment les yeux avec de l'eau pendant 5 minutes ou jusqu'à ce que le produit soit éliminé. Si l'irritation persiste, consulter un médecin.

Contact avec la peau
Retirer rapidement les vêtements contaminés en utilisant des gants appropriés. Rincer abondamment la peau avec de l'eau. Consulter un médecin.

Ingestion
En cas d'ingestion, rincer la bouche avec de l'eau. Faire boire un verre d'eau puis faire vomir la personne si elle est consciente. Consulter un médecin. Ne jamais administrer quoi que ce soit par la bouche à une personne inconsciente ou qui a des convulsions. Si possible, deux personnes doivent intervenir.

Note
Le cyanure est un contaminant extrêmement dangereux. Pour intervenir auprès d'une victime intoxiquée par ce produit, le secouriste doit avoir reçu une formation complémentaire telle que décrite dans le manuel Secourisme en milieu de travail de la CSST (Commission sur la santé et la sécurité du travail).

A noter que c'est le foie qui métabolise le cyanure pour former des thiocyanates : mélange de soufre (préfixe "thio-" et de cyanates, pour la fonction chimique "OCN", ce qui donne une fonction "SCN"... à condition que l'exposition au cyanure ne soit pas trop lourde, sinon le foie (et le reste) meurt tout court !

Une digression qui n'en est pas une :
>>> A noter que les fruits et légumes peuvent contenir du cyanure d'hydrogène : les amandes, les noyaux de pêche et tout les fruits du genre Prunus (ce qui fait du monde), mais surtout ...le manioc, qui doit être épluché, broyé et mis à fermenter pendant 24 à 48 heures, ce processus réduit la quantité d'HCN naturellement présente. Il est ensuite lavé, séché à l'air et cuit quelques minutes à la vapeur avant emballage et consommation. Cette spécialité culinaire ivoirienne d'Attiéké est renommée et c'est un bon exemple de la suppression de la toxicité du cyanure "alimentaire".
Mal préparer du manioc laisse de mauvais souvenirs ...car consommer des feuilles mal cuites de cette Euphorbiacée est ...mortel !


Une petite digression sur la nitruration :
Un de mes anciens professeurs de technologie industrielle nous avait raconté en classe que l'on pouvait nitrurer des aciers en les trempant à chaud dans ...de la pisse, qui contient de l'urée et donc de l'azote.

Personnellement, je tenterai bien une attaque à chaud d'un bloc de titane pur du genre T40, chauffé correctement sous argon (vers 550 - 650°C par là), puis d'inonder brusquement la chambre inerte de chauffe par ...de l'azote pur.
On devrait obtenir ainsi des nitrures de titane extrêmement durs, et en plus ils ont une magnifique couleur dorée !


Une remarque par rapport aux appareils de mesure de la dureté et leur prix :
Il est possible de surveiller et d'obtenir à de très bons prix les équipements de laboratoires d'essais, qui sont réformés.
Ces laboratoires se livrant concurrence acharnée, il est nécessaire de rééquiper la dotation pour rester dans la course tarifaire !

Peut-être que Roseleur pourrait nous éclairer sur le maniement du cyanure, en effet pour les dorures il est employé pour former un amalgame de l'or, substitut toujours mortel au redoutable mercure...

Bien à toi et merci pour tes sources !
Mieux vaut cémenter dehors et masqué/protégé !
Pas évident la coutellerie !

[Guillaume48]

Avec plaisir Kurillos, c'est toujours un plaisir d'apprendre, et si tu le souhaites, je te communiquerais d'autre recettes de ce genre, j'en ai plein dans cet ouvrage.
Je pense que dans notre cas, il ne sert à rien de cémenter, donc le problème de la toxicité de la poudre ne se pose plus.
Par contre, je confirme : pas évident la coutellerie...