Cryotraitement des lames

Le traitement thermique de l'acier à l'azote liquide (cryotraitement) est devenu l'une des principales tendances de l'industrie de la coutellerie au cours de la dernière décennie. Cela est principalement dû à l'utilisation généralisée d'aciers en poudre modernes, dont beaucoup optimisent leurs qualités grâce à cette technologie.

Le traitement cryogénique permet d'augmenter la dureté, la résistance à l'usure et la résistance mécanique grâce à la transformation de l'austénite résiduelle en martensite, ainsi que la résistance aux chocs et à l'usure des aciers grâce à l'augmentation de la teneur en carbures. Ainsi, le refroidissement à des températures cryogéniques immédiatement après la trempe modifie les propriétés de l'acier dans une direction spécifique, excluant ainsi le revenu martensitique. Il permet d'obtenir une dureté nettement supérieure de l'acier trempé, pratiquement impossible à atteindre par d'autres méthodes de traitement thermique. L'étude du refroidissement de l'acier en termes de processus physiques montre que la transition de l'austénite à la structure martensitique s'accélère. La martensite présente une dureté élevée et les propriétés requises pour les outils de coupe. Le refroidissement permet de réduire jusqu'à 6 fois le volume d'austénite dans les aciers à haute teneur en carbone. Il contribue également à réduire les contraintes résiduelles lors du traitement thermique.

Le traitement cryogénique est utilisé lors de la dernière étape du traitement thermique de l'acier. Son objectif principal est le durcissement thermique du métal, grâce à une modification ciblée de sa structure et de ses propriétés. Ce procédé se divise technologiquement en trois étapes principales :

• refroidissement de l'ébauche à la température souhaitée ;

• maintenir l'acier dans le récipient pendant une durée déterminée à une température déterminée ;

• chauffage lent jusqu'à température ambiante ;

Le traitement cryogénique utilise généralement des conteneurs contenant de l'azote liquide ou des chambres spéciales à basse température équipées d'un système de contrôle électronique (processeur cryogénique). Un processeur cryogénique est une unité qui produit un refroidissement à des températures inférieures à -150 °C, à une vitesse relativement uniforme et lente. Il est nécessaire d'éviter un impact thermique brutal sur l'ébauche, susceptible d'entraîner une détérioration de la structure métallique. Le premier processeur commercial a été développé à la fin des années 1960. Le cycle total de traitement de l'acier dans les cryoprocesseurs modernes dure environ 72 heures. Les premières 24 heures servent à atteindre la température optimale de l'ébauche, les 24 heures suivantes à la maintenir à cette température, et le reste du temps permet un retour progressif à la température ambiante. Certains cryoprocesseurs permettent d'atteindre des températures extrêmes et permettent de réaliser un revenu du métal en plus du traitement cryogénique.  

Cependant, la plupart des fabricants de couteaux n'ont pas accès à ces équipements de haute technologie et se limitent à l'utilisation de récipients spéciaux. À cet effet, on utilise des vases Dewar, conçus pour le stockage à long terme de substances à des températures élevées ou basses. Une température constante est maintenue dans ces récipients par des méthodes passives, au détriment d'une bonne isolation thermique et des processus internes de la substance stockée. À l'origine, le vase Dewar était un flacon en verre à double paroi, l'espace entre lequel l'air était pompé. Dans les récipients modernes, les parties intérieure et extérieure sont en aluminium ou en acier inoxydable. Dans ce cas, les récipients intérieur et extérieur sont reliés par un col commun. Afin de réduire les pertes de chaleur, le récipient intérieur est recouvert d'une isolation thermique supplémentaire. Les vases Dewar modernes présentent de faibles pertes par évaporation. La durée du traitement cryogénique dans ces récipients diffère sensiblement de celle des cryoprocesseurs. La température la plus courante est d'environ -198 °C. Le traitement à froid commence immédiatement après la trempe. Le blanc est maintenu dans le récipient pendant 2 heures, puis il faut environ le même temps pour le refroidir à température ambiante.

Le traitement cryogénique des aciers de couteaux a commencé à être utilisé par les artisans il y a plusieurs décennies. Ils ont développé, par le biais d'expérimentations, différents procédés pour les aciers de couteaux les plus populaires de l'époque. Le traitement cryogénique des lames en acier D2, notamment, était activement utilisé aux États-Unis. Cette méthode n'a pas permis d'augmenter significativement la dureté, mais a permis d'accélérer le processus global de traitement thermique. Divers aciers rapides soumis à ce refroidissement ont également montré des résultats similaires.

À l'ère actuelle de l'utilisation généralisée des aciers en poudre, le cryotraitement est devenu très populaire dans le monde entier. Par exemple, l'acier S30V, couramment utilisé, augmente sa dureté d'environ 1,5 HRC après cryotraitement, tout en conservant toutes ses performances. Des résultats similaires sont obtenus avec l'acier Elmax, très répandu. Les « poudres » de dernière génération, dites « super aciers », tels que S390, M398, S125V, etc., sont déjà obligatoirement cryotraitées.