Pourquoi une lame de couteau CPM -20CV est un excellent choix

Lorsqu’un fabricant de couteaux planifie un nouveau design, la sélection de l’acier de la lame contribue de manière critique au succès ou à l’échec du produit. La taille de la lame, le déploiement de la lame, les matériaux du manche, les considérations esthétiques, l’ergonomie de la forme et de l’équilibre du manche : Tous ces choix affectent le résultat du processus de conception, mais peut-être qu’aucune décision n’a plus de poids que la sélection de l’alliage d’acier pour former la lame elle-même.

Quatre critères raisonnablement objectifs et une mesure quelque peu subjective de la performance constituent la liste des propriétés que les fabricants de couteaux évaluent lorsqu’ils choisissent un acier pour un nouveau produit. Certaines de ces propriétés s’échangent entre elles aux extrémités opposées d’un même continuum, ce qui rend impossible l’optimisation de toutes les qualités dans un seul alliage d’acier.

1. La dureté mesure la résistance d’un acier aux forces qui cherchent à le déformer. Depuis le début du XXe siècle, les mesures scientifiques de la dureté des matériaux reposent sur un ensemble de tests de laboratoire appelés échelles de Rockwell, du nom de Hugh Rockwell, co-inventeur de l’appareil de test. Parmi ces échelles, l’échelle C est utilisée pour représenter les valeurs de dureté des aciers à couteaux, avec des valeurs numériques suivies de l’abréviation « HRC ». Dans les tests de dureté des alliages, une force spécifique enfonce un instrument à pointe de diamant dans un échantillon du matériau, et la profondeur de la bosse qui en résulte reflète la capacité du matériau à résister au coup. Les échelles de Rockwell utilisent des nombres arbitraires pour représenter leurs scores.

Bien que vous puissiez utiliser les scores de Rockwell pour comparer les résultats des tests de dureté d’un acier à ceux d’un autre, vous ne pouvez pas corréler les scores avec une observation spécifique de l’essai lui-même ou avec son résultat, car les scores de Rockwell sont des abstractions. La plupart des aciers pour couteaux obtiennent un score compris entre 58 et 62 HRC, la majorité se situant entre 50 et 60.

Une lame de couteau qui se plie de manière permanente alors qu’elle est en service prouve que son acier n’a pas une dureté suffisante pour cette tâche. Dans certains cas, un concepteur peut compenser cette déficience en rendant tout ou partie de la lame plus épaisse, ou en modifiant la façon dont l’acier est fabriqué pour augmenter sa dureté intrinsèque. Dans d’autres cas, la seule solution consiste à choisir un alliage d’acier plus dur.

Dans les couteaux Benchmade qui utilisent le CPM 20CV de Crucible Industries, la dureté mesure 59 à 61 HRC. Comme les « recettes » de traitement thermique affectent la dureté finale d’un acier à lame, un autre fabricant peut citer des valeurs HRC différentes pour le même acier. Cette dureté est légèrement supérieure à celle de la mise en œuvre par Benchmade du 440C, un alliage populaire de longue date pour la fabrication de couteaux, qui mesure 50 à 60 HRC.

2. La ténacité représente la capacité d’un acier à résister aux impacts ou aux contraintes sans présenter de cassures, d’éclats ou de fissures. Une défaillance de la ténacité peut entraîner un résultat catastrophique si un couteau se brise lors de son utilisation, entraînant des blessures potentielles pour l’utilisateur ainsi que l’issue inattendue de la tâche à accomplir. Pour une lame de couteau, il est plus facile de prévoir le cours progressif de l’usure que l’apparition soudaine d’une défaillance de la ténacité, et il vaut mieux s’user que de tomber en panne.

Une ténacité inadéquate peut résulter d’une formule d’alliage elle-même, de la façon dont l’acier a été traité thermiquement, d’un affûtage inapproprié pendant la fabrication, ou de nombreuses combinaisons d’autres facteurs.

La ténacité est plus difficile à quantifier que la dureté parce qu’aucun test unique ne fournit une mesure standardisée de l’attribut. Généralement, les tests de ténacité reposent sur des mesures de la distance à laquelle un acier peut se plier avant de se casser, ou de la façon dont le matériau survit à un impact. Dans de nombreux cas, la ténacité et la dureté se disputent la suprématie, en ce sens que la rigidité qui équivaut à la ténacité peut se faire au détriment de la capacité à plier sans déformation.

Le CPM 20CV de Crucible Industries offre une ténacité essentiellement égale à celle du 440C, un acier inoxydable éprouvé souvent choisi pour la fabrication de lames.

3 La résistance à l’usure mesure la capacité d’un acier à entrer en contact avec une grande variété de substances et à résister soit à la perte d’une partie de son volume lorsqu’il frotte sur un matériau rugueux, soit à la prise de morceaux de matière provenant d’autres articles. Les causes de l’usure peuvent provenir des éléments mêmes que l’utilisateur tente de couper, ainsi que d’autres influences dans l’environnement de travail. Les tests d’usure simulent le contact réel entre une lame de couteau et une source d’interaction destructrice.

Lorsqu’une surface rugueuse frotte la lame d’un couteau et enlève une partie du métal, cette forme d’usure constitue une abrasion. L’usure par abrasion peut transformer le tranchant d’une lame en une surface émoussée et arrondie, même sans appliquer une forte pression sur le couteau. À l’inverse, lorsque la surface lisse d’une lame de couteau entre en contact avec des surfaces lisses mais dures, comme d’autres objets en acier, il peut en résulter un transfert de matière sur la lame du couteau. Contrairement à l’abrasion, l’adhésion nécessite une pression suffisamment élevée pour créer la quantité de friction nécessaire pour déchirer la surface de la lame.

Le CPM 20CV de Crucible Industries offre essentiellement cinq fois la résistance à l’usure du 440C.

4. La résistance à la corrosion reflète la façon dont un acier évite de développer une oxydation en réponse à l’exposition à l’humidité, à l’humidité ou au sel dans son environnement. La façon la plus courante d’augmenter la résistance à la corrosion réside dans l’introduction de chrome dans la chimie d’un alliage. Bien que le terme familier « acier inoxydable » représente en fait une erreur d’appellation trop optimiste, les niveaux de teneur en chrome sont en corrélation avec la capacité de retarder ou de réduire l’oxydation, et de permettre un entretien préventif pour la prévenir.

Le CPM 20CV de Crucible Industries affiche une plus grande résistance à la corrosion que le 440C, avec six-sept fois plus de résistance pour le 440C que pour le CPM 20CV.

5. La rétention du tranchant tente de quantifier la qualité et la durée du tranchant d’une lame lors de son utilisation. La Cutlery and Allied Trade Research Association, ou CATRA, a mis au point une machine d’essai qui tente d’évaluer la rétention relative du tranchant. Dans l’appareil de test, le couteau examiné est monté avec le tranchant dirigé vers le haut, et une pile de papier synthétique spécial imprégné de 5% de silice s’abaisse sur la lame. La lame se déplace d’avant en arrière, coupant dans le papier, et la teneur en silice introduit une légère usure sur le tranchant. Le test mesure les performances de la lame à l’état neuf, ainsi que le nombre et la profondeur des coupes qu’elle peut effectuer. Cette combinaison de la performance de coupe initiale, ou ICP, et de la coupe totale de la carte, ou TCC, constitue les paramètres d’évaluation. Le même appareil de test peut également évaluer les équipements d’affûtage. L’instrument de test CATRA fait partie de l’équipement d’évaluation utilisé chez de nombreux fabricants de couteaux de premier plan, notamment Benchmade, Buck Knives et Spyderco.

Le CPM 20CV de Crucible Industries obtient un score de test CATRA de 180, par rapport au score de 100 du 440C.

Chemie de l’alliage

La chimie complète et exacte de l’alliage du CPM 20CV de Crucible Industries reste un secret exclusif. Cependant, la teneur nominale de l’acier est bien documentée à 1,9% de carbone, 20,0% de chrome, 1,0% de molybdène, 4,0% de vanadium, 0,3% de silicium, 0,6% de tungstène et 0,3% de manganèse. La teneur élevée en carbone permet d’obtenir une dureté considérable. La quantité importante de chrome indique une résistance à la corrosion. En fait, sur le marché actuel, le CPM 20CV contient la plus grande quantité de chrome de tous les aciers inoxydables avec un niveau élevé de vanadium. Cette teneur en vanadium est synonyme de ténacité, de résistance à l’usure et de rétention des arêtes. Le manganèse de l’alliage accroît la dureté, la résistance à la traction et la résistance à l’usure. Le molybdène améliore la rétention des arêtes. Le tungstène renforce la résistance à l’usure et le silicium augmente la dureté et prévient les piqûres.

Le processus CPM et ses avantages

En 1970, Crucible Industries de Solvay, New York, a présenté le processus breveté de fabrication de l’acier qu’elle a conçu, appelé métallurgie des particules de creuset. Cette méthode de fabrication innovante surmonte les inconvénients critiques spécifiques de la fabrication d’acier conventionnelle, donnant un produit qui améliore les performances d’utilisation des alliages produits traditionnellement.

Dans l’ancienne méthode de fabrication de l’acier, les ingrédients d’un alliage fondent dans un four à arc électrique. Après avoir subi une étape d’affinage secondaire, le métal en fusion est transféré dans une poche qui le verse dans des moules. Le problème de cette séquence d’étapes survient lorsque l’alliage refroidit en lingots.

Mélangés à l’état fondu dans un four, les éléments qui composent un alliage d’acier se mélangent parfaitement. En se solidifiant et en refroidissant dans les lingotières, les éléments se séparent en une microstructure grossière qui n’est pas uniforme partout. Un traitement supplémentaire peut briser les éléments séparés et tenter de rétablir le mélange homogène qui s’est formé dans le four, mais les éléments ne se recombinent jamais complètement. Dans un acier avec un pourcentage aussi important d’éléments d’alliage et une aussi grande quantité de carbone que la formule du CPM 20CV intègre, les effets de la ségrégation élémentaire persistent encore plus, et les effets négatifs sur les capacités du métal fini sont plus prononcés, qu’ils ne le seraient avec une combinaison d’alliage plus simple.

Le procédé CPM breveté de Creuset atténue ces problèmes avant qu’ils ne puissent commencer. En dehors du besoin initial de faire fondre les éléments d’alliage ensemble dans un four, le CPM partage peu d’étapes procédurales avec la fabrication d’acier conventionnelle. Une fois l’alliage CPM fondu et mélangé, le matériau fondu passe par une petite buse, se pulvérisant en un jet de fines particules propulsées par un gaz à haute pression. Les particules d’acier se refroidissent en petites sphères, formant une poudre qui conserve la composition homogène d’origine du métal fondu. Chaque particule de métal constitue un lingot miniature.

L’acier en poudre se charge dans un bidon étanche dont l’air est retiré. Le conteneur subit un pressage isostatique à chaud, ou HIP, un processus qui utilise la chaleur et la pression pour combiner les particules d’acier en un solide appelé compact. Le compact peut être fraisé dans des formes adaptées à des processus de fabrication de produits spécifiques, et peut subir le traitement thermique nécessaire pour finaliser et optimiser les performances spécifiques de l’acier pour une application souhaitée.

CPM 20CV est un acier martensitique, ce qui fait référence à sa structure cristalline dure avec des grains en forme de lentille ou lenticulaires. Dans un alliage riche en carbone comme le CPM 20CV, le processus d’austénitisation chauffe l’acier jusqu’à ce que sa structure cristalline change pour devenir de l’austénite au lieu de la ferrite. La martensite se forme lorsque l’austénite se refroidit si rapidement que le carbone de l’acier sursature une forme spéciale de ferrite. Les atomes du métal se réarrangent en fait sous une forme qui montre un changement de densité et, par conséquent, de volume. La martensite présente une augmentation significative de la ténacité par rapport à ses précurseurs.

Le processus de traitement thermique commence par un réchauffement lent, un préchauffage à une température uniforme avant d’augmenter à la température d’austénisation, qui est déterminée par la chimie de l’alliage de l’acier. La phase de trempe abaisse la température de 1 000 degrés F ou plus, ce qui permet au métal de devenir martensitique. Le revenu complète le processus de durcissement et contrecarre la nature cassante de la martensite.

Comparaison avec d’autres aciers à couteaux

Lorsque vous examinez les performances du CPM 20CV par rapport à d’autres alliages d’acier de premier plan, vous découvrez rapidement qu’il offre de nombreuses propriétés idéales pour la fabrication de couteaux.

Avec 1,9% de carbone, 20,0% de chrome, 1,0% de molybdène, 4,0% de vanadium, 0,3% de silicium, 0,6% de tungstène et 0,3% de manganèse, le CPM 20CV excelle dans la résistance à l’usure et à la corrosion. Il offre également une bonne ténacité. Ses capacités de rétention du tranchant font qu’il est facile à garder aiguisé mais potentiellement difficile à aiguiser.

Le CPM M4, également un produit de Crucible Industries, incorpore 1,42% de carbone, 4,0% de chrome, 5,25% de molybdène, 4,0% de vanadium, 0,06% de silicium, 5,5% de tungstène et 0,3% de manganèse. Bien qu’il s’agisse d’un acier à haute teneur en carbone, il contient moins de carbone que le CPM 20CV, ainsi que moins de chrome. En conjonction avec le carbone, la combinaison de molybdène, vanadium et tungstène du CPM M4 produit une excellente ténacité, une dureté élevée de 62 à 64 HRC et des niveaux tout aussi élevés de résistance à l’usure. Contrairement au CPM 20CV, le CPM M4 n’est cependant pas un acier inoxydable. Prévenir le développement de l’oxydation sur cet alliage nécessite un effort particulier. Le CPM M4 est au moins un tiers plus dur que le CPM 20CV, avec une résistance à l’usure égale et peut-être un septième de la résistance à la corrosion.

440C est un acier inoxydable martensitique avec une excellente résistance à la corrosion et un haut degré de dureté à HRC 58 à 60. Un pilier parmi les fabricants de couteaux, il contient le plus de carbone des trois aciers du groupe 440. Par rapport au CPM 20CV, il offre une ténacité égale, une résistance à l’usure environ cinq fois moindre et une résistance à la corrosion environ six fois moindre. Ses capacités de rétention du tranchant sont également inférieures à celles du CPM 20CV.

Couteaux remarquables

La gamme de produits Benchmade 2016 comprend deux couteaux qui intègrent des lames fabriquées à partir du CPM 20CV de Crucible Industries. Il s’agit du Benchmade 928 Proxy et du Benchmade 698 Foray.

Le Benchmade 928 Proxy présente une fiabilité et une durabilité de classe bleue pour une utilisation quotidienne. Conçu par Warren Osborne, il comprend une lame à pointe tombante avec un bord uni ou partiellement dentelé dans une finition satinée non revêtue. Les écailles du manche combinent le titane 6AL-4V sur la gauche pour soutenir le design monolock du couteau et le laminé G10 beige du désert sur la droite. Le clip de poche réversible en acier inoxydable à flèche fendue se fixe à l’aide de trois vis Torx. Le Benchmade 928 Proxy mesure 8,85 pouces hors tout et 5,09 pouces fermé, avec une lame de 3,87 pouces qui mesure 0,15 pouces d’épaisseur. La poignée mesure 0,5 pouces d’épaisseur. Ce couteau tactique, de plein air et orienté vers la survie pèse 4,86 onces. Son prix de détail suggéré par le fabricant est de 295 $.

Aussi un couteau de classe bleue, le Benchmade 698 Foray représente le travail de conception d’Allen Elishewitz, et met à jour le Benchmade 690 qui est devenu le couteau de l’année 2001 du magazine Shooting Industry. Ce modèle ambidextre AXIS Lock est doté d’une lame à pointe tombante, disponible avec un tranchant lisse ou dentelé, et uniquement en finition satinée. Le CPM 20CV représente une amélioration pour ce nouveau couteau par rapport à son prédécesseur, qui utilisait le CM 154. Le Benchmade 698 Foray est doté d’un manche en composite de fibre de verre G10 noir profilé et d’une doublure en acier inoxydable 410SS. Le clip de poche réversible s’attache à l’une ou l’autre des échelles du manche. Le couteau mesure 7,32 pouces de long hors tout et 4,14 pouces fermé, avec une lame de 3,24 pouces qui mesure 0,137 pouces d’épaisseur. Le manche mesure 0,56 pouces d’épaisseur. Ce couteau de tous les jours et de plein air pèse 3,58 onces. Le prix de détail suggéré par le fabricant est de 225 $.

En conclusion

Crucible Industries a créé le CPM 20CV pour une utilisation dans la fabrication de pièces d’équipement de moulage par injection, de couteaux de granulation et de pelletisation, d’équipement de transformation alimentaire et de couteaux à usage individuel. Toutes ces applications exigent la capacité de résister à l’usure dans des circonstances exigeantes. Les propriétés du CPM 20CV lui permettent d’offrir la dureté, la ténacité, la résistance à l’usure et à la corrosion, et la rétention du tranchant qui donnent de grandes performances pour le propriétaire de couteau exigeant.

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