Fissures de forge dans le Nihonto : causes, prévention et contre-mesures de forgeron contre la fissuration de l'acier lors du Tanren

Qu'est-ce que les fissures de forge — Le plus grand défaut menaçant l'intégrité de la lame

Les « fissures de forge » (kitae-ware) sont un terme collectif désignant les fissures, fractures et délaminaisons qui se produisent à l'intérieur ou en surface de la lame pendant le processus de forgeage d'une épée japonaise. En anglais, elles sont désignées par « forge crack » ou « delamination ». Les fissures de forge ne sont pas simplement un défaut cosmétique ; elles ont le potentiel de compromettre fondamentalement la résistance de la lame, ce qui en fait l'un des défauts les plus préoccupants pour les forgerons.

Les fissures de forge peuvent être largement classées en deux types. Le premier est « les fissures de surface », de fines fissures qui apparaissent à la surface de la lame pendant ou après le forgeage. Les mineures peuvent être éliminées par polissage, mais les profondes peuvent nécessiter l'abandon de la lame. Le second est « la délaminaison interne » (fissures intercouches), où les couches d'acier qui ont été stratifiées par pliage et forgeage se séparent les unes des autres. Bien que difficile à détecter visuellement, c'est le type de défaut le plus dangereux, car il devient apparent lors de l'utilisation (contrainte de flexion et impact). Il est souvent découvert par les polisseurs au cours de leur travail et est l'un des principaux défauts mentionnés dans les expertises officielles.

Causes chimiques — Distribution de carbone inégale et oxydation

L'apparition de fissures de forge implique plusieurs facteurs chimiques et physiques travaillant en combinaison. D'un point de vue chimique, lorsque la distribution du carbone (C) contenu dans le tamahagane est inégale, des zones à haut et bas carbone existent localement adjacentes les unes aux autres. L'acier à haut carbone a une faible ténacité et une haute fragilité, ce qui le rend susceptible de se fissurer lors des impacts répétés pendant le forgeage.

L'oxydation est également une préoccupation majeure. Lorsque l'acier est exposé à l'air (oxygène) pendant le forgeage, une oxyde de fer (calamine) se forme en surface. Si cette calamine n'est pas correctement éliminée, elle est forcée à l'intérieur de l'acier et reste comme une inclusion non-métallique. Les inclusions deviennent des points de concentration de contrainte où les fissures se propagent facilement. Lorsque l'acier sortant du four est frappé lors de la séquence de forgeage, des étincelles de fer se dispersent. Il est important de disperser suffisamment la calamine d'oxydation à ce moment, et les forgerons emploient la technique de souffler intentionnellement la calamine au premier coup du marteau.

Causes physiques — Défaillance du contrôle de la température et surfrappement

D'un point de vue physique, la défaillance de la gestion de la température de forgeage est la cause principale de la fissuration. Lorsque l'acier est forgé à des températures excessivement élevées (plage de surchauffe : 1300°C et au-dessus), une « brûlure par surchauffe » se produit, causant l'épaississement des grains de cristaux et l'affaiblissement des limites de grains. L'acier brûlé par surchauffe a une ténacité considérablement réduite et se fissure facilement lors du pliage et de l'étirement. Inversement, forger à des températures trop basses entraîne un « martelage à froid », causant des « fissures à basse température » dans l'acier avec une déformabilité plastique réduite.

Le « surfrappement » est également un facteur contribuant à la fissuration. Lorsque le pliage et le forgeage sont répétés excessivement (généralement plus de 15-20 fois), la teneur en carbone diminue trop, et la structure interne de l'acier devient excessivement affinée, augmentant parfois paradoxalement la fragilité. Le nombre approprié de pliages varie en fonction de la qualité du tamahagane et de la destination visée de l'épée, mais le « sens du forgeage » accumulé par chaque forgeron inclut la capacité à discerner ce nombre approprié, et cela est souvent transmis aux apprentis par tradition orale.

Mesures pratiques de prévention — De la sélection des matériaux au contrôle du processus

Les mesures pratiques de prévention des fissures de forge commencent à l'étape de sélection des matériaux. La teneur en carbone appropriée du tamahagane est approximativement 0,6-0,9 % dans la couche externe (kawagane) et 0,2-0,4 % dans le noyau (shingane), et les forgerons jugent approximativement la teneur en carbone en frappant le matériau et en observant le son, le toucher et la couleur de la surface de fracture. Puisque le tamahagane avec une faible homogénéité (distribution de carbone inégale) porte un risque élevé de fissures de forge, éliminer les matériaux à haut risque à l'étape de sélection des matériaux est la première mesure de prévention.

Dans le processus de forgeage, l'adhérence stricte à la plage de température appropriée (900-1200°C) est essentielle. Les forgerons modernes gèrent la température en combinant des thermomètres infrarouge avec des jugements visuels basés sur la couleur (la couleur jaune-orange est approximativement un repère pour 1000-1100°C). Au forgeage, certains forgerons gèrent soigneusement le nombre et la direction des pliages, pliant régulièrement dans la même direction pour donner une directionnalité à la structure en couches et contrôler la direction de la délaminaison interne.

La mesure de prévention pratique la plus importante est de maintenir le « rythme de forgeage ». Parce que l'acier sortant du four refroidit au fil du temps, frapper à un rythme constant en termes de vitesse, force et fréquence est nécessaire. Lorsque le rythme se décompose, des zones spécifiques deviennent sur-refroidies ou surchauffées, et la distribution de contrainte inégale induit la fissuration. Les forgerons plus expérimentés observent soigneusement le rythme de frappe de leurs apprentis, maintenant le rythme approprié par guidance verbale et démonstration.

Découverte et gestion — Prise de décision quand des fissures se produisent

Quand les fissures de forge sont découvertes, la décision du forgeron dépend de la « profondeur, localisation et stade » de la fissure. Si découverte aux premiers ou moyens stades de forgeage, le forgeron peut tenter de réparer en réchauffant la zone fissurée à haute température et en la re-soudant par forgeage grâce à des coups de marteau. Cependant, si des inclusions sont entrées dans la zone fissurée, la soudure par forgeage devient difficile, et le forgeron doit décider d'exciser cette section et poursuivre le forgeage ou de rejeter l'ensemble du matériau.

Si les fissures sont découvertes après trempe, la réparation est impossible, et la lame doit être jetée. Quand un polisseur découvre des fissures pendant l'étape de polissage, il existe une obligation de signaler rapidement à la partie commanditaire (forgeron ou acheteur), et dans les expertises officielles, il est requis par l'éthique de l'industrie de déclarer honnêtement comme défaut. Les lames avec fissures de forge sont considérablement dégradées en valeur en tant que « défectueuses », causant des dommages psychologiques et économiques considérables au forgeron, ce qui est pourquoi la prévention de tels défauts est prise si sérieusement.