Le nombre de cycles de pliage et la microstructure de l'acier : Théorie de la fragilité induite par la surforge et des cycles de forgeage optimaux

Qu'est-ce que le pliage et le forgeage — le cœur du sabre japonais

Dans le processus de fabrication du sabre japonais, le pliage et le forgeage est l'une des techniques les plus fondamentales. En chauffant à des températures élevées le tamahagane forgé à partir de la fusion du tatara et en le pliant et en le frappant à plusieurs reprises avec des tiges de forgeage (tiges tagane), la structure interne de l'acier devient homogène, les impuretés sont expulsées, et le jihada distinctif du sabre japonais se forme.

À chaque pliage, le nombre de couches double. Le pliage dix fois crée théoriquement 2^10 = 1024 couches, et quinze fois crée 32 768 couches. Cette structure en couches crée des motifs appelés « jihada » avec des designs ressemblant à des grains de bois et des ondulations, qui est l'un des éléments les plus importants pour apprécier le sabre japonais.

Le nombre de plis et les changements dans la structure en couches de l'acier

À mesure que le nombre de plis augmente, les changements suivants se produisent à l'intérieur de l'acier.

Homogénéisation de la distribution du carbone

Le tamahagane a une distribution inégale du carbone en interne lors de sa production. Des zones à haut carbone (0,7–1,5 %) et des zones à bas carbone sont mélangées, et si le sabre est forgé tel quel, il devient une lame instable avec une dureté variable selon les zones.

En répétant le pliage et le forgeage, les zones à haut carbone et à bas carbone sont empilées alternativement, et le carbone se diffuse uniformément. Grâce à cette homogénéisation, l'état où « la dureté stable est obtenue peu importe où la trempe est appliquée » est réalisé.

Élimination des inclusions

Le tamahagane contient du laitier (inclusions : oxyde de fer, silice, etc.) qui ont été mélangés pendant le processus de fusion. Pendant le processus répété de frappe et d'extension à haute température, ces inclusions sont progressivement expulsées de l'acier.

Si des inclusions demeurent, cette zone devient un point de concentration de contrainte et provoque des ruptures ou des fissures. Le pliage et le forgeage n'est pas simplement un processus de façonnage mais aussi un « processus de purification ».

Affinage des grains cristallins

Les cristaux de fer (ferrite et austénite) se développent à des températures élevées, mais la déformation plastique due aux coups et au pliage casse et affine les grains cristallins. Plus les grains cristallins sont fins, plus la ténacité de l'acier est grande, ce qui entraîne une lame moins susceptible de se casser.

Fragilité due à la surforge — L'existence d'une plage optimale

Est-ce qu'il vaut mieux plier autant de fois que possible ? La réponse est non. C'est là que se situe le plus important « problème de valeur optimale » dans la technique de forgeage du sabre japonais.

Consommation excessive de carbone

Pendant le pliage et le forgeage répétés, le carbone dans l'acier est progressivement perdu par oxydation (décarburation). À mesure que la teneur en carbone diminue, la dureté nécessaire pour une lame (dureté après trempe) ne peut pas être atteinte.

Spécifiquement, le tamahagane a initialement une teneur en carbone moyenne d'environ 0,8–1,2 %, mais elle diminue progressivement avec le forgeage répété. Si un pliage excessif de 20 fois ou plus est effectué, la teneur en carbone chute à 0,3–0,4 % ou moins, ce qui entraîne des propriétés proches du « fer pur » mou.

Affinage excessif des grains cristallins et écrouissage

Lorsque la surforge provoque un affinage excessif et une déformation des grains cristallins, inversement, l'écrouissage progresse et l'acier devient fragile. En termes métallurgiques, c'est ce qu'on appelle « transformation induite par déformation » ou « saturation de l'écrouissage ».

Le forgeage, qui devrait rendre la lame moins susceptible de se casser, devient excessif et produit l'effet opposé de « accumulation de déformation par déformation → fragilité ».

Les signes de surforge apparaissant comme « grain rugueux »

Les maîtres forgerons jugent empiriquement la surforge en observant la surface du jihada. À mesure que la surforge progresse, le jihada devient « rugueuse » — la surface à grain fin ressemblant à du bois d'origine devient grossière et les limites entre les couches deviennent chaotiques. C'est un signe que la distribution inégale du carbone a réapparu en interne et que la structure en couches s'est effondrée.

Théorie des cycles de forgeage optimaux — Les secrets des écoles

Le « nombre approprié de plis » pour le pliage et le forgeage du sabre japonais est une technique secrète de chaque école (traditions Yamashiro, Soshu, Bizen, Yamato et Mino). Selon la recherche moderne et les expériences de reconstruction, généralement 8–15 plis est considéré comme la plage optimale.

Tendances par école

• La tradition Soshu (Masamune, Sadamune, et autres) est connue pour sa ténacité forte et son hamon intense, ce qui est lié à l'utilisation du « acier sauvage » qui est trempé avec relativement peu de plis tout en conservant le jihada ohiame grossier.
• La tradition Bizen (école Osafune et autres) est connue pour ses jihada ihame et ko-mokume serrés, avec une tendance vers plus de plis mettant l'accent sur l'homogénéisation.
• La tradition Yamato (Senshuji, Taima, et autres) est caractérisée par le jihada masame fluide, avec la technique distinctive de maintenir une direction de pliage cohérente.

Différences dans le pliage optimal selon la classification de l'acier

La structure d'une lame est divisée en « kawagane » (acier externe) et « shingane » (acier interne).

• Kawagane (peau externe, acier à haut carbone) : couvre le bord et la surface. Nécessite de la dureté, il est donc fini tout en conservant le carbone. Le nombre de plis cible est d'environ 8–12.
• Shingane (noyau interne, acier à bas carbone) : nécessite de la flexibilité et de la ténacité, donc le carbone peut être intentionnellement réduit par plus de plis.

Warikomi-gane, qui combine ces deux types d'acier pour créer une lame, est la structure fondamentale du sabre japonais, et la gestion du nombre de plis a des valeurs optimales différentes pour kawagane et shingane.

Mécanisme de la formation du « grain » dans le jihada — La beauté créée par le pliage et le forgeage

Ce qui ne peut pas être négligé comme conséquence scientifique du pliage et du forgeage est la formation du « jihada », qui est l'essence de la beauté du sabre japonais.

Les interfaces (limites) de l'acier empilé en couches sont d'abord visualisées lorsque polies par un togishi à l'aide de pierres à aiguiser de finition. Le jihada apparaît sous la forme de grain de bois, de flux et de motifs alors que la légère différence de concentration de carbone entre les couches change la réflexion de la lumière.

• Ihame : Lorsque des couches avec une distribution de carbone irrégulièrement mélangée s'empilent, des motifs irréguliers comme du grain de bois apparaissent.
• Masame : Lorsque la direction du pliage est unifiée dans une seule direction verticale, des motifs linéaires comme des anneaux de croissance fluides apparaissent.
• Mokume : Des motifs spiralés ou ressemblant à des nœuds qui apparaissent à la suite d'une distribution de carbone restant localement.

Ces jihada ne sont pas simplement des préoccupations esthétiques mais sont des « cartes » de la structure interne de carbone, de couches et de cristaux. Les évaluateurs expérimentés lisent les tendances du nombre de plis, la distribution du carbone et les méthodes de forgeage à partir du jihada pour estimer l'école, la période et le créateur.

Conclusion — Les connaissances empiriques des maîtres forgerons prouvées par la science

Le nombre optimal de plis et les risques de surforge sont en cours d'élucidation sous la forme de la métallurgie moderne (microstructure de l'acier au carbone, écrouissage, théorie de la décarburation) « prouvant après coup » la sagesse que les maîtres forgerons traditionnels ont empiriquement acquise.

Rejetant l'hypothèse naïve que « plus de forgeage rend une lame meilleure », le jugement technique précis de « extraire le plus bel acier dans un cycle de forgeage optimal » est l'essence du forgeage du sabre japonais et se manifeste comme la beauté du jihada. Ceux qui souhaitent réellement comparer les différences de jihada sont encouragés à lire aussi les explications des styles de forgeage par école à partir de la liste des colonnes.