Forgeage

Sécurité

Le monoxyde de carbone est ce qui tue vraiment les forgerons — une forge à gaz dans un atelier fermé, un feu de charbon sans tirage. Détecteur au mur, porte ouverte. Le marteau sur l'enclume culmine à 110–120 dB et l'audition ne repousse pas : bouchons dès le premier jour. Ne chauffez jamais de la ferraille galvanisée, plaquée ou inconnue — le zinc vous vaut une nuit de fièvre, le cadmium peut tuer, et les aciers de décolletage au soufre s'émiettent à la chaleur de forge. Lunettes à protections latérales toujours ; la calamine part de l'enclume autant que de la pièce. Coton, laine ou cuir, jamais de synthétiques, et des bottes d'où l'on peut chasser d'un coup de pied une chute brûlante. Un gant à la main des tenailles seulement — la main du marteau doit sentir le coup. L'acier chaud et l'acier froid ont la même couleur. Vérifiez le coin du marteau, ne laissez jamais un tranchet debout dans le trou carré, et noyez le feu puis restez un moment auprès de lui avant de fermer.

Terminé quand

Visée dans sa longueur, elle est droite, et elle ne bascule nulle part sur la table de l'enclume ; la section est au calibre auquel elle a été étirée. Brossée au fil d'acier et lue en lumière rasante, il n'y a pas de couture sombre — une ligne suspecte s'ouvre sous le coin d'un ciseau s'il s'agit d'un repli, et ne fait rien si ce n'est que de la calamine. La forme est venue du métal déplacé, non d'un métal enlevé à la meule. Et une éprouvette prise sur la même barre, normalisée et cassée, rompt sur un gris fin et soyeux : brillant, grossier et facetté signifie qu'elle est restée trop chaude trop longtemps, ce qui est un verdict sur la chauffe, pas sur le martelage.

Étapes

Choisissez l'acier et sa fenêtre. L'acier doux travaille de 1,250 °C jusqu'au rouge sombre et pardonne presque tout ; les aciers à haute teneur en carbone et les aciers alliés veulent de 1,150 à environ 850 °C, pas plus bas ; un acier à outils à trempe à l'air part dans la vermiculite en sortant de l'enclume, sinon il durcit pendant la nuit et se fend dans le bac.

Conduisez le feu en réducteur, non en oxydant — le creuset au-dessus de la tuyère sous une couverture de coke, ou un brûleur à gaz réglé légèrement riche. Un feu oxydant emporte un pour cent du métal en calamine à chaque chaude, et décarbure la surface au passage.

Jugez la couleur à l'ombre, jamais au soleil : l'œil ne lit la chaleur que par contraste avec ce qui l'entoure, et une barre qui paraît terne dehors est déjà en train de brûler. Jaune ≈ 1,150 °C, orange ≈ 1,000, cerise ≈ 800 — et le décrochage de l'aimant, c'est 770 °C exactement, le seul point fixe que l'on puisse vérifier à la main.

Faites pénétrer la chaleur, ne vous contentez pas de chauffer : environ une minute par 5 mm d'épaisseur une fois la couleur atteinte. Une peau chaude sur un cœur froid se déchire dès qu'on la déplace.

Travaillez la chaude, puis arrêtez. À 1,200 °C la barre rayonne quelque 250 kW/m², et une section de 12 mm perd environ 15 °C par seconde — les trente secondes que tout le monde cite. Deux fois la section, deux fois le temps ; un fuseau de 5 mm est fini en moins de dix ; et une pièce mince laissée sur une table d'enclume froide perd plus par conduction que par l'air.

Étirez sur l'arête éloignée de l'enclume ou sous un dégorgeoir, moitié dessus moitié dehors, en tournant de 90° à chaque passe : un contact étroit chasse le métal le long de la barre au lieu de l'élargir. Planez ensuite à plat, par coups légers et bien d'aplomb.

N'étirez jamais un rond comme un rond. Passez-le au carré, étirez-le au carré, abattez les angles en octogone, et arrondissez l'octogone en dernier — un cylindre martelé en travers de son diamètre, tour après tour, met son propre axe en tension et ouvre un trou en son milieu.

Ne refoulez qu'avec au plus deux diamètres et demi de barre chaude libre sans appui, et redressez tous les quelques coups : le frottement bloque les extrémités tandis que le milieu s'élargit, si bien que la barre prend d'abord la forme d'un tonneau, puis se replie.

Percez des deux côtés, non de part en part : enfoncez à mi-épaisseur, retournez sur la marque en relief, chassez la pastille. Retirez le poinçon toutes les quelques secondes et refroidissez-le, et jetez une pincée de poussier dans le trou : la vapeur l'en libère. Le poinçonnage renfle la barre — redressez-la ; le perçage couperait le fil du métal au lieu de l'écarter.

Brossez la calamine avant tout coup qui compte. L'oxyde ne se déplace pas comme le métal qu'il recouvre : un coup l'enfonce en piqûre, ou le replie en inclusion qui ne se soudera jamais.

Terminez bas — les derniers coups juste au-dessus de A₃ — pour que la déformation tout juste introduite recristallise en grains fins au lieu de nourrir des grains grossiers. Puis normalisez : trois refroidissements à l'air décroissants, environ 900, 855 et 815 °C, chaque maintien plus court que le précédent.

Outils

Une enclume de 50 kg ou plus, avec 70–90 % de rebond — lâchez une bille de roulement de 25 mm depuis 250 mm et mesurez —, assise solidement à hauteur des jointures ; elle doit peser environ cinquante fois le marteau, sans quoi l'énergie du coup sert à déplacer l'enclume au lieu de l'acier. Un marteau à panne transversale ou à panne arrondie de 1–1.5 kg (la vitesse est au carré dans ½mv², donc la vitesse l'emporte sur la masse, et un marteau trop lourd pour être lancé vite est un marteau plus lent), et une masse de 3 kg si quelqu'un frappe pour vous. Des tenailles adaptées à la section, avec un anneau pour les fermer. Un tranchet à chaud, des dégorgeoirs, une tranche, des poinçons et des mandrins avec un pot d'eau à côté, un monkey tool, un bloc à emboutir. Charbon ou coke sous une hotte avec une soufflerie, ou une forge à gaz dont le brûleur peut être réglé riche. Brosse métallique en acier, un aimant, un pied à coulisse, un seau de vermiculite, et un baquet de trempe pour les outils, pas pour la pièce.

La science

Le travail à chaud n'est pas une affaire de mollesse, c'est une affaire de recristallisation. Au-dessus d'environ 0.4 fois la température de fusion du fer en kelvins, de nouveaux grains exempts de déformation germent aussi vite que le marteau distord les anciens : l'acier ne s'écrouit donc jamais et peut être déplacé autant qu'on veut ; la contrainte nécessaire pour le déformer chute d'un ordre de grandeur entre le froid et 1,200 °C. Le plancher n'est pas la température de recristallisation mais la ligne A₃ — 912 °C à teneur nulle en carbone, descendant à 727 °C à 0.77 % — au-dessous de laquelle la ferrite apparaît à côté de l'austénite et les deux se cisaillent l'une contre l'autre. Le plafond est fixé trois fois plutôt qu'une : le grain austénitique grossit au-dessus d'environ 1,050 °C ; un acier chargé en soufre devient cassant à chaud à l'eutectique Fe–FeS de 988 °C ; et vers 1,350 °C les joints de grains s'oxydent et l'acier est tout simplement brûlé. Température et vitesse s'échangent l'une contre l'autre par le paramètre de Zener–Hollomon Z = ε̇·exp(Q/RT), Q ≈ 300 kJ/mol dans l'austénite : frapper dix fois plus vite vaut environ 130 °C de refroidissement — c'est pourquoi une presse lente atteint le cœur d'une billette là où un marteau rapide n'en déplace que la peau. Le métal s'écoule perpendiculairement à la face du marteau vers la surface libre la plus proche, et le rapport de la longueur de contact à l'épaisseur de la section décide de la profondeur atteinte : proche de 1, il traverse ; au-dessous de 0.5 environ, la surface bouge tandis que l'axe est mis en traction. Le fibrage suit alors la forme finie au lieu d'être tranché en travers, et c'est ce qui rend une pièce forgée plus résistante qu'une pièce usinée dans le sens du fibrage — et la plus faible en travers.

Comment ça échoue

Repli à froid : un recouvrement martelé refermé sur son propre oxyde. Ce n'est pas une soudure et cela n'en devient jamais une, et selon le critère de Griffith la contrainte nécessaire pour le faire courir comme une fissure décroît comme l'inverse de la racine carrée de sa longueur — c'est donc le défaut qui fait rompre la pièce des années plus tard. Éclatement central, ou une extrémité qui s'ouvre en gueule de poisson, pour avoir étiré un rond en rond ou pour des prises trop faibles au regard de la section : la peau se déplace et l'axe est arraché. Fragilité à chaud — des arêtes qui s'effritent comme de la craie humide au jaune — due au soufre, ou au cuivre ramassé dans la ferraille ; tous deux fondent aux joints de grains en dessous de la température de forge. Fissures dues au travail sous la ligne A₃, ou au martelage à travers la plage de fragilité au bleu de 250–400 °C, où l'azote épingle les dislocations. Grain grossier dû à un maintien au jaune, que la normalisation effacera ; acier brûlé, qui crache des étincelles et s'effrite, et que rien n'effacera — coupez-le.

Résumé

Déplacer l'acier chaud au marteau — étirer, refouler, cintrer, percer, élargir — à l'intérieur de la fenêtre où il flue librement : au-dessus de la température à laquelle il se fend, en dessous de celle à laquelle il est perdu.