Bohler K110 (AISI D2 / JIS SKD11, DIN 1.2379) est l’un des principaux aciers que j’utilise pour mes couteaux de cuisine. Il est classé comme un acier à outils hypereutectoïde pour travail à froid qui est généralement utilisé pour les matrices de découpage, les couteaux à refendre, les lames de cisaille, les matrices de formage, les molettes, les jauges (bouchon et filetage), les poinçons, les matrices d’ébarbage, etc.
La performance d’un outil (dans ce cas, une lame de couteau) dépend de la conception de l’outil, de la précision avec laquelle l’outil est fabriqué, du choix de l’acier et du choix du traitement thermique.
Bohler K110 Composition chimique (% moyen)
C : 1,55, Mn : 0,30 , Si : 0,30, Cr : 11.30%. V : 0,75, et Mo : 0,75.
Pourquoi je l’aime
- La haute teneur en carbone pour une dureté élevée : 60+HRC
- Haute résistance à l’usure. Environ 8 fois celle des aciers au carbone ordinaire en raison de la présence de carbures.
- Inox. Bien presque. En raison du pourcentage élevé de carbone dans l’acier, il tire la plupart des 12% de chrome dans les carbures de chrome, ce qui laisse environ 5,8% restant pour la résistance aux taches.
- Stabilité pendant le traitement thermique.
- D2 a été utilisé dans de nombreux couteaux, célèbre par des fabricants comme Bob Dozier.
- Bonne rétention du tranchant : Meilleure que N690, ATS-34/154CM, et 440C.
Préoccupations
- Les températures élevées d’autinisation augmenteront / rendront grossière la taille des grains. ce qui n’est pas souhaité dans les lames de couteaux car cela diminue la ténacité.
- La protection pendant le traitement thermique est vitale car une atmosphère ouverte donne jusqu’à .014″(.35mm) de couche de décarbonisation et une perte notable d’éléments d’alliage.
- Des temps de maintien plus longs augmenteront la dissolution des carbures résultant en une augmentation de la dureté à l’état trempé. Mais une diminution de la ténacité.
La recette du traitement thermique:
- Le but est de réduire la taille des grains, de distribuer les carbures uniformément dans la matrice et d’obtenir un HRC de 60+, tout en minimisant l’austénite retenue.
Prétrempage:
- Recuit intercritique par chauffage et maintien à une température comprise entre les températures Ac1 et Ac3 (830°C) pour obtenir une austénitisation partielle. Cette opération est suivie d’un refroidissement lent dans le four ou de l’utilisation de vermiculite ou d’un autre milieu isolant, ce qui conduit à la microstructure finale de carbures sphéroïdaux répartis uniformément dans une matrice de ferrite.
- Sous-critique / Sphéroïdisation : par chauffage à des températures plus basses (690-720°C) et des temps de maintien plus longs (15 min).
Austérisation
- Il faut éviter une température d’austénitisation élevée.
- Un revêtement/une feuille de protection doit être utilisé(e) pour éviter la décarbonisation car le noyau à plus forte teneur en carbone peut se dilater et met la couche extérieure sous tension.
- Température d’austénitisation : 1025°C (température idéale si l’on n’utilise pas de cryo)
- Temps de trempage : 15-30 min
Traitement :
J’ai tendance à utiliser des plaques d’aluminium pour tremper la lame. Cela permet de garder les lames droites et justes. Une trempe sur plaque est un peu plus rapide que le refroidissement à l’air (malgré le fait que les aciers soient « durcis à l’air ») mais c’est encore assez lent pour ne pas mettre des contraintes excessives dans l’acier et risquer de se fissurer.
Vous pouvez faire une trempe sur plaque avec la feuille d’acier inoxydable couvrant toujours la lame.
Traitement à froid / cryogénique.
Dans l’austénite fortement alliée, une fraction considérable de l’austénite pourrait être conservée dans la microstructure à température ambiante (10% RA), ce qui entraîne une dureté beaucoup plus faible que celle attendue pour des microstructures plus complètement transformées.
Le traitement cryogénique favorise la transformation de l’austénite retenue en martensite, affine la taille des carbures secondaires, augmente leur quantité et leur densité de population, et conduit à leur distribution plus uniforme dans les microstructures, aux températures cryogéniques, ce qui est attribué à l’amélioration de la dureté et de la résistance à l’usure (jusqu’à 817%) de l’acier.
Même un traitement à froid (4% RA) peut donner des résultats bénéfiques mais les températures cryogéniques peu profondes ou profondes (-196°C) sont meilleures (0% RA). D2 a un point Mf inférieur à la température ambiante -125,1°C, ce qui signifie qu’un traitement en dessous de zéro est nécessaire.
Le temps dans l’azote liquide ou la glace sèche ne doit pas être plus long que pour que le couteau atteigne les températures froides. En d’autres termes, 30 à 60 minutes sont suffisantes.
NB ! Pour être efficace, le traitement cryogénique doit être effectué le plus tôt possible après la trempe et avant le revenu. En effet, le RA se transforme en martensite non trempée qui est cassante et doit être trempée. Ie : Ne faites pas un revenu rapide sur K110 (D2) si vous faites un traitement à froid.
Tempérage
Le tempérage réduit les contraintes résiduelles, augmente la ductilité, la ténacité et assure la stabilité dimensionnelle.
Le tempérage de la martensite as-quenched précipite de fins carbures, qui sont nommés carbures de transition.
Le tempérage 3 trois fois par rapport à 2 fois, peut augmenter la ténacité jusqu’à 25%. Ceci est dû à la distribution optimale des éléments d’alliage entre les carbures et la matrice, à la distribution plus fine des carbures et à la périodisation des carbures sur les limites interfaciales de la martensite.
Traitement pendant au moins soixante (60) minutes, retrait du four et refroidissement à l’air. Le deuxième et le troisième trempage doivent être une répétition du premier. (C’est-à-dire : garder les températures et la durée constantes)
- Température de trempe : 205°C
- Temps : 2 – 3 fois
- Durée : 1 heure (60 minutes)
Résumé :
- Une trempe à 1025°C et 205°C devrait équivaloir à 63HRC (Impact 1.4)
- Une trempe à 1038°C et 205°C devrait équivaloir à 62HRC (Impact 1.9)
- Une trempe à 1065°C et 205°C devrait équivaloir à 60HRC (Impact 1.8)
Liens :
- Fiche technique Bohler K110
- Traitement thermique et comportement de la ténacité des aciers à outils (D2 et H13) pour les lames de coupe par Attaullah. (Ayooq) Arain 1999
- Evaluation du traitement cryogénique dans la déstabilisation de l’austénite retenue dans l’acier AISI D2 par R. Minaya Huamán, Lauralice de Campos Franceschini Canale 2017
- Tout sur l’acier D2 – Développement, utilisation dans les couteaux, et propriétés
- Combien de chrome en plus le D2 a-t-il besoin pour être inoxydable ?
- Traitements sous zéro de l’acier AISI D2 : Partie I. Microstructure et dureté 2010
- Comparaison des effets du traitement cryogénique sur différents types d’aciers : Une revue
- Génie des couteaux : Steel, Heat Treating, and Geometry par le Dr. Larrin Thomas
Disclaimer:
Toutes les infos ci-dessus proviennent de mes lectures de documents de recherche, de messages de forum et de discussions avec les gens. Je ne suis pas un métallurgiste et ce qui précède est présenté ici pour le bénéfice de tous les couteliers. Vous n’êtes pas obligé de les suivre et je ne serai pas tenu responsable de toute perte ou dommage que vous pourriez subir.