Contrôle de la distribution du carbone dans l'acier du noyau et de la gaine des épées japonaises

Composition du Tamahagane et inhomogénéité du carbone—Le point de départ des matériaux de l'épée japonaise

Le tamahagane produit par la métallurgie du tatara est distribué sur une large plage de teneur en carbone allant de 0,6 % à 1,5 %, et possède des propriétés matérielles fondamentalement différentes de l'acier homogène occidental (acier au carbone). Cette inhomogénéité est la source même qui génère la structure à deux couches du shingane (acier du noyau) et du kawagane (acier de surface) dans les épées japonaises, et de plus, la signification technique de la technique de pliage et de martelage.

L'opération de casser le tamahagane et de le frapper avec un ciseau pour séparer les sections à haute teneur en carbone (acier à haut carbone) des sections à faible carbone (acier à faible carbone) s'appelle « kozawari ». Les sections à haut carbone contribuent à une lame tranchante en raison de la dureté élevée, tandis que les sections à faible carbone contribuent à la durabilité en résistant à la rupture de la lame avec une ductilité élevée (résilience). En combinant intentionnellement ces deux types d'acier, les caractéristiques conflictuelles de tranchant et de durabilité sont réalisées dans une seule lame—c'est la philosophie de conception fondamentale du forgeage de l'épée japonaise.

La science de la technique de pliage et de martelage—Élimination des impuretés et homogénéisation de l'acier

Le plus grand défi du tamahagane est l'inclusion de scories et d'impuretés, ainsi que le biais localisé de la distribution du carbone. Le processus de « pliage et martelage » résout cela.

En répétant l'opération de chauffage de l'acier, de frappe et d'étirement, de pliage en arrière, et de frappe à nouveau, trois effets sont obtenus.

• Les scories sont expulsées et l'acier est affiné
• Les atomes de carbone se diffusent régulièrement dans le réseau cristallin de l'acier, éliminant les irrégularités de dureté localisées
• Les particules de cristal d'acier deviennent plus fines (affinage du grain), et la ductilité s'améliore

Théoriquement, l'homogénéisation progresse avec plus de plis, mais un pliage excessif provoque l'effet contre-productif de la décarburation rendant l'acier trop mou. Selon l'analyse métallurgique moderne, les 8 à 16 plis (environ 256 à 65 536 couches) effectués dans la forge d'épée traditionnelle se sont avérés se rapprocher de la solution optimale pour le contrôle du carbone et l'élimination des impuretés.

Nombre de plis et qualité du forgeage—L'idée fausse du « plus c'est mieux »

Il est prématuré de juger la qualité d'une épée basée uniquement sur le nombre de plis. Le pliage est un moyen d'élimination des impuretés et d'homogénéisation du carbone ; la puissance globale de l'ensemble du processus—y compris la qualité du matériel tamahagane lui-même, l'habileté du forgeron dans la gestion du feu et le contrôle de la force de frappe, et la gestion de la température lors de la trempe—détermine finalement la résistance de la lame finale et la beauté de son motif de tranchant. Le nombre de plis n'est qu'un élément composant le processus, et seul il ne garantit pas la qualité de l'épée. Lors du choix d'une épée, il est pratiquement important de la considérer de manière globale, y compris l'état du jigane et du motif de tranchant, plutôt que d'être pris dans la métrique unique du nombre de plis.

Conception de positionnement du shingane et du kawagane—La rationalité de « Koubuse Tanae »

Le processus de combinaison de l'acier à faible carbone (shingane) et de l'acier à haut carbone (kawagane) qui ont subi une technique de pliage et de martelage s'appelle « tsukuri-komi » ou « koubuse tanae » (il existe d'autres méthodes telles que « hon sanmai » et « shihou zume »).

Le koubuse tanae le plus typique utilise une structure transversale en forme de U avec le shingane enveloppé dans le kawagane. Le shingane absorbe l'impact à l'intérieur de la lame et prévient la rupture, tandis que le kawagane maintient une concentration de carbone élevée et une dureté vers le tranchant. Cet arrangement est rationnel car placer le shingane à haute ductilité près de la shinogi-suji (ligne de crête), où la concentration de stress se produit facilement, minimise le risque de rupture au combat.

De plus, en concevant la teneur en carbone du shingane inférieure au kawagane, lors de la trempe seul le shingane reçoit un traitement thermique « doux », contrôlant l'effet pour que la fragilité résultant de la transformation martensitique n'atteigne pas le cœur de la lame. C'est le même principe que la technologie moderne de cémentation, et il est remarquable que la pratique empirique s'aligne avec les connaissances métallurgiques.

Trempe et transformation de phase du carbone—La base scientifique des motifs de tranchant

La tsuchimi (revêtement d'argile)—le processus d'application d'« argile de revêtement » mélangée avec de l'argile et de la poudre de pierre à aiguiser à la lame—est une technique pour faire varier la vitesse de refroidissement lors de la trempe pour différentes zones. En appliquant l'argile finement (ou pas du tout) sur le tranchant et épaisso sur le côté du dos, le tranchant est rapidement refroidi lors de la trempe pour générer de la martensite (phase haute-dureté), tandis que le côté du dos refroidit plus lentement et reste comme structure de perlite et de bainite qui conserve la ductilité.

Le hamon (motif de tranchant) se forme à la limite entre la zone de refroidissement rapide et la zone de refroidissement lent. Plus la teneur en carbone est élevée, plus les nie et nioi brillants et blancs apparaissent ; des motifs hamon divers tels que midare-ba, choushi-ba, et suguha émergent comme le résultat combiné de la forme de la tsuchimi, de la température de trempe, et de la distribution du carbone du tamahagane. Chaque fois que le même forgeron forge avec le même design, un hamon différent apparaît car il reflète la « variation naturelle » de l'inhomogénéité du tamahagane.

Traces du forgeage visibles dans Jigane et Hamon—Points d'appréciation

La structure d'acier en couches créée par la technique de pliage et de martelage apparaît comme des motifs de « jigane » (grain d'acier) sur la surface de la lame polie. Tous sont des traces reflétant la nature du tamahagane et le soin apporté au forgeage.

Concernant le hamon, l'aspect granulaire brillant et blanc s'appelle « nie », et l'aspect continu brumeux s'appelle « nioi » ; l'apparence change selon les différences de distribution du carbone à la limite et la vitesse de refroidissement lors de la trempe. Observer ensemble le jigane et le hamon fournit des indices pour comprendre quel acier et quelles techniques ont été utilisés pour forger l'épée.

Dialogue entre la science moderne et la technique traditionnelle—Mystères non résolus

Grâce à l'analyse moderne utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM) et l'analyse par rayons X dispersifs en énergie (EDX), la structure transversale et la distribution du carbone des épées chefs-d'œuvre peuvent maintenant être visualisées. Cela confirme que le contrôle du carbone maîtrisé empiriquement par les maîtres artisans avant la période Edo s'approche des conditions optimales même du point de vue de la science des matériaux moderne.

D'autre part, de nombreux aspects restent complètement inexpliqués. L'influence des éléments traces uniques au tamahagane (titane, vanadium, etc.) sur les propriétés de trempe, l'effet visuel de la ségrégation du carbone localisée sur le « paysage » du hamon, et la connaissance tacite individuelle du forgeron d'épée—la technique de juger la qualité à partir du son de frappe, de la couleur de la flamme, et de la viscosité de l'acier—appartiennent au domaine des connaissances tacites difficiles à quantifier.

La technologie du contrôle de la distribution du carbone dans le shingane et le kawagane est une invention de l'ingénierie des matériaux unique au Japon née des contraintes du matériau inhomogène tamahagane. Comprendre sa rationalité scientifique fournit une perspective pour évaluer les épées japonaises non seulement comme armes ou objets d'art, mais comme réalisations intellectuelles de l'histoire technologique humaine.

Certificats NBTHK et preuve de la technique traditionnelle

Le certificat délivré par la NBTHK (Société pour la préservation des épées d'art japonaises) est délivré après que les experts aient examiné de manière exhaustive la qualité du jigane et du hamon, l'apparence, la signature et d'autres éléments, et montre les catégories d'authentification telles que la période, l'origine et l'école. Les techniques traditionnelles telles que la technique de pliage et de martelage et la construction du shingane et du kawagane sont étroitement liées à l'évaluation du jigane et du hamon enregistrée dans le certificat, ce qui en fait l'un des documents de soutien indirects de ces techniques étant correctement appliquées. Lors du choix d'une épée, confirmer l'état du jigane et du hamon avec ses propres yeux, ainsi que le contenu du certificat, devient un indice pratique pour discerner les œuvres authentiques réalisées en fonction de la technique traditionnelle.