Analyse de la teneur en carbone du Tamahagane et tri de l'acier pour Shingane et Kawagane : la science de la sélection de l'acier

Pourquoi le Tamahagane n'est-il pas uniforme ?

La fabrication du fer tatara produit du tamahagane qui est fondamentalement différent des produits industriels uniformes. Au cours du processus de fusion de trois jours et trois nuits, des blocs de fer ayant une teneur en carbone différente dans chaque section sont créés, en fonction de la distribution de la température dans le four, du moment d'entrée du sable de fer, et du type et de la quantité de charbon. La teneur en carbone du tamahagane est distribuée sur une plage d'environ 0,6 à 1,5%, et cette plage signifie « matériau pour usage différencié » pour le forgeron.

Le tamahagane riche en carbone (1,0 à 1,5%) possède des propriétés dures et cassantes et convient comme matériau pour kawagane (fer de tranchant) utilisé dans la partie de la lame. Le tamahagane pauvre en carbone (avec une teneur en carbone d'environ 0,2 à 0,5%) est résistant et possède une haute résilience, et est utilisé pour shingane (fer de noyau) qui forme le centre de la lame de sabre. Notez que 0,6 à 0,9% est une plage de carbone moyen à élevé qui chevauche la plage de carbone du kawagane et n'est pas utilisée pour shingane. Le tri et la combinaison appropriés de ces deux types forment le fondement pour produire des sabres japonais qui réalisent à la fois la netteté et la résistance à la rupture.

Cette distribution de la teneur en carbone soutient le processus de création unique des sabres japonais : trier le tamahagane issu d'un seul four de fusion plutôt que de mélanger artificiellement le fer et l'acier. Le forgeron discerne les propriétés du tamahagane devant lui et trouve l'utilisation la plus appropriée pour chaque partie — on peut dire que c'est un travail de distinction des différences de propriétés que les matériaux possèdent, plutôt que de créer de nouveaux matériaux.

Distinguer la teneur en carbone — Techniques traditionnelles

Les forgerons possèdent des connaissances empiriques pour distinguer la teneur en carbone par la vue, le son et le toucher, sans utiliser d'instruments analytiques scientifiques. En regardant la section transversale du tamahagane cassé, les pièces riches en carbone montrent des sections transversales fines et brillantes, tandis que les pièces pauvres en carbone ont des grains grossiers et sombres. Le son lorsqu'il est frappé diffère également ; le carbone élevé produit un tintement métallique dur, tandis que le carbone faible produit un son étouffé. De plus, la teneur en carbone peut également être estimée à partir du motif d'étincelles lors du chauffage (essai d'étincelle). L'acier riche en carbone disperse des étincelles intenses, tandis que l'acier pauvre en carbone produit des étincelles légères.

Ces jugements sensoriels sont cultivés par des décennies d'expérience et sont transmis de maître à apprenti par l'instruction orale et la pratique. Ces dernières années, certains forgerons ont commencé à utiliser des équipements d'analyse des métaux (tels que l'analyse aux rayons X fluorescents) pour confirmer quantitativement la teneur en carbone, mais il est principalement utilisé comme complément aux connaissances empiriques traditionnelles.

Si la teneur en carbone est mal jugée, l'utilisation de tamahagane résistant pour kawagane ne parviendra pas à atteindre la dureté attendue, ou inversement, l'utilisation de tamahagane trop dur pour shingane entraînera une manque de ténacité dans la lame. Pour éviter de telles défaillances, avant de commencer à travailler sur un seul sabre, le forgeron investit du temps à trier soigneusement le tamahagane à portée de main. La précision de ce jugement affecte considérablement la qualité du sabre fini.

La pratique de la sélection — Cassage et classification

La sélection du tamahagane commence par casser des blocs de tamahagane avec un marteau en métal. Le cassage permet d'observer la section transversale, et la manière de rompre elle-même fournit des indices sur la teneur en carbone. Le tamahagane riche en carbone se casse proprement, tandis que le tamahagane pauvre en carbone est résistant et se casse difficilement. Les fragments du tamahagane cassé sont triés par poids et taille, classés comme « pour shingane » ou « pour kawagane », et empilés en préparation pour tsumiwakashi (recuit par couches).

La quantité de tamahagane nécessaire pour fabriquer un seul sabre atteint plusieurs fois le poids fini. C'est parce que les impuretés sont éliminées lors du forgeage et tombent sous forme d'écume (oxyde de fer). Il n'est pas rare que la quantité finale utilisée soit un tiers ou moins de la quantité initiale.

Le tamahagane shingane et kawagane classifiés ne sont souvent pas utilisés comme un seul bloc seul, mais plutôt plusieurs pièces ayant des propriétés similaires sont combinées et empilées. Parce qu'un seul morceau de tamahagane seul tend à conserver une teneur en carbone inégale, la combinaison de fragments ayant des propriétés similaires est une technique pour rapprocher l'acier de base de l'uniformité après le soudage par forge.

Tsumiwakashi et soudage par forge de Shingane et Kawagane

Le shingane et kawagane triés sont chacun chauffés dans un four, et le pliage et le forgeage répétés (orikaeshi tanren) expulsent les impuretés internes et égalisent le carbone. Il y a un principe que shingane subit moins de forgages pliés (pour éviter de perdre trop de carbone), tandis que kawagane en subit davantage (pour éliminer complètement les impuretés et augmenter la pureté du tranchant de la lame). Pour le processus complet de pliage et de forgeage, veuillez également consulter Du Tamahagane au Sabre Japonais — Le processus complet du forgeage par pliage et sa signification scientifique.

Enfin, le soudage par forge est effectué en sélectionnant des structures telles que « kohubuse » (envelopper le shingane avec kawagane) ou « hon-sanmai » (vrai trois couches). Le jugement à ce stade — quelle proportion combiner les deux types de fer — est le cœur de la philosophie et de la technique du forgeron, et est le choix le plus important dans la détermination du motif de grain, hamon, et la résilience de l'acier de base du sabre fini.

Les différences de structure telles que kohubuse et hon-sanmai apparaissent non seulement dans la structure transversale du sabre fini, mais aussi dans le motif de grain de l'acier de base qui émerge lorsque le sabre est poli. Même en commençant par le même tamahagane, la combinaison du tri et du soudage par forge crée un motif de grain unique pour chaque sabre. Cette variation individuelle est également l'une des raisons pour lesquelles les sabres japonais se distinguent des produits industriels produits en masse.

Dialogue avec la science moderne des matériaux

Du point de vue de la science moderne des matériaux, la partie d'un sabre japonais correspondant à kawagane se rapproche de l'acier eutectoïde à hyperoeutetoïde avec 0,7 à 1,0% de carbone, et forme une structure martensitique par trempe pour atteindre une grande dureté. En contraste, shingane correspond à l'acier hypoutectoïde et assure la résilience par une structure mixte ferrite-perlite.

Les techniques de tri que les forgerons ont accumulées comme connaissance empirique au cours des siècles s'alignent remarquablement avec la théorie moderne de la structure de l'acier, et la précision du travail stupéfie les chercheurs modernes. À l'intersection de la tradition et de la science se trouve l'essence de la technologie du sabre japonais.

Même du point de vue d'apprécier et de collectionner les sabres japonais, le tri du shingane et kawagane et le soudage par forge sont des processus cruciaux qui déterminent l'apparence de l'acier de base et hamon. Comprendre le contexte de la sélection des matériaux devient un indice pour apprécier plus profondément le caractère de chaque sabre.

Questions fréquemment posées sur le tri de Shingane et Kawagane

• Tout le tamahagane est-il utilisé pour la lame?: Non. Comme mentionné ci-dessus, le tamahagane riche en carbone est utilisé comme kawagane pour le tranchant de la lame, tandis que le tamahagane pauvre en carbone est utilisé comme shingane pour le noyau de la lame. Même le même tamahagane a des rôles différents selon l'emplacement.
• La norme de sélection diffère-t-elle selon le forgeron?: Le cadre de base de la sélection — carbone élevé pour kawagane, carbone faible pour shingane — est commun, mais les jugements spécifiques tels que la finesse du tri et les proportions pour les combiner diffèrent selon l'école et l'expérience et la philosophie de chaque forgeron.
• Le shingane et kawagane sont-ils toujours sélectionnés dans le tamahagane aux temps modernes?: Les forgerons modernes utilisent également du tamahagane produit par la fusion tatara et effectuent un tri et un forgeage pliés similaires.