Documentos en armaduras y cascos

Petite histoire du fer et de l´acier , de leur`production et de leur usage dans l´élaboration des armements anciens

L’EVOLUTION DE LA METALLURGIE


Introduction
Comment et pourquoi les techniques empiriques de ces artisans-forgerons leur ont néanmoins permis dobtenir des objets aussi perfectionnés alors même sils ignoraient les causes physiques des transformations du fer ou la raison des différences de propriétés de ce métal et de ses alliages.
Le développement de la métallurgie est ainsi un bel exemple de dissociation complète entre lamélioration dun savoir-faire empirique et la compréhension du monde et de ses phénomènes physiques. Sans rien connaître de latome ou de la structure des matériaux, et sans vraiment progresser dans cette connaissance pendant des siècles, les Hommes, par coup de chance, essais et erreurs, ont néanmoins découvert, amélioré et sélectionné les gestes et les procédures qui leur ont permis dobtenir des outils sophistiqués et particulièrement efficaces.


ETYMOLOGIE :

Les Grecs utilisent deux mots
• Pour le fer : sideros
• Pour l’acier : khalybs
Le latin conservera le terme chalyb et appellera le fer ferrum .

Au Moyen-Âge , le terme fer recoupe toute sorte d’alliage . La fonte est appelée fer coulé . Cette appelation perdurera jusqu’au XVIIIème.


CHRONOLOGIE :

• Dans la Haute-antiquité le fer est extrêmement rare et donc coûteux . Les Sumériens l’appellent « le métal tombé du ciel » . En effet , la seule ressource de fer à l’état naturel est constitué par les sidérites , un type de météorite .
• Au 19e siècle avant J.C., autour du bassin méditérannéen, le fer était encore 8 fois plus chère que l’or, 40 fois plus cher que l’argent et 400 fois plus cher que le cuivre ou l’étain.
• Vers 1700 acJC : La première apparition du fer et de lacier sous sa forme la plus primaire se situe entre 1650 et 1700 avant notre ère, chez les "HITTITES" et les " CHALYBES " peuples dAsie mineure (Caucase). Cest en fait dabord une masse de métal impur. Dans un trou à même le sol, paré de pierres quils recouvraient de couches dargile, ils mettaient du charbon de bois quils allumaient et sur lequel on entassait en couches alternées du minerai de fer et du charbon de bois. Ce minerai ou oxyde de fer, se présentait alors, sous la forme de petites roches que lon ramassait à fleur de terre. La température que lon obtenait dans ces trous était relativement basse, du fait dun manque efficace de soufflage celui-ci provenait de tiges creuses (chalumeaux) au travers desquels on soufflait. Ils obtenaient de ce fait et après bien des efforts, une masse pâteuse, incandescente, appelée "LOUPE", quils devaient impérativement battre énergiquement afin de la débarrasser de ses scories (résidus, dus à la, chauffe et au charbon de bois). Ces "loupes", ensuite forgées sur un " TAS " devenaient des objets de la vie quotidienne et aussi des armes.
• Les plus anciens vestiges de fours à extraire le fer nous montre des fours dit « hornos de zamarras » : des cuves d’argile sur un socle de pierres , le fond était recouvert de charbon trituré recouvrant le minerai lui-même trituré et recouvert de charbon . On introduisait ensuite des soufflets pourvus de becs en céramique réfractaire pour augmenter ainsi la température . Le résultat final donnait un bloc de fer spongieux et calciné . une "éponge de fer" solide, constituée de scories de fer qui piègent encore entre leurs mailles du liquide (le laitier). Lartisan récupère cette éponge de fer au fond du four, et il lui faut la purifier, en la portant à nouveau à plus de 1000°C et en la martelant longuement. Ainsi, le fer est rendu malléable et le laitier, redevenu liquide, sécoule en entraînant des impuretés. Ce type de four est celui dont disposèrent les métallurgistes du Proche Orient et de l’Occident . Les premiers fours pour extraire le fer , rudimentaire , réclamaient environ 4 kgs de charbon de bois pour obtenir 1 kg de fer fondu . La demande de fer durant l’antiquité , dans le Proche-Orient contribua certainement à modifier profondément l’environnement naturel , diminuant la fertilité des sols par la perte de couvert végétal et l’érosion du sol .
• Au IXème av.JC : Parmi les sites archéologiques de l’Antiquité qui offrent des vestiges de l’industrie du fer de l’époque et des produits finis que l’on obtenait , on peut évoquer Hasanlu , au nord-est de l’Iran , haut lieu de production de fer au IXème av J-C . Observant un poignard de l’époque au microscope électronique on pourrait croire que les forgerons d’Hasanlu avaient découvert l’acier . Dès le début de l’âge du fer, des armes et des outils apparaissent constitués, au moins superficiellement, de martensite. Ce sont donc des aciers, produits par cémentation et trempe. Le fer chauffé dans les charbons du four au stade d’austénitisation (890°c), absorbe le carbone contenu dans le charbon de bois. par refroidissement rapide (trempe à l’eau), la structure de cet acier passe d’austénitique à martensitique, structure contenant des carbures de fer durs et cassants.
• Vers 1000 avJC , dans la Grèce classique : , des lames ont une structure beaucoup plus complexe et sont partiellement constituées de ferrite et perlite (aciers doux) obtenues soit par recuit, soit par refroidissement différencié. On a a trouvé à Chypre 23 couteaux (1050 av. J.C.) dont deux au moins avaient été non seulement cémentés et trempés, mais aussi revenus.
• Vers 800 av JC : l’usage du fer se propage un peu partout en Europe .
• Au 7e siècle avJC : en Grèce, 1g d’argent coûtait déjà le prix de 2 kg de fer. Le fer était devenu un matériau utilitaire, et les armes fabriquées à base de fer se multiplièrent.
• Vers 400 avJC : Des découvertes de lames anciennes ont permis aux métallurgistes d’affirmer que l’assemblage à l’état solide de deux matériaux ferreux différents était pratiqué à une époque aussi ancienne que le premier millénaire avant J.C.. Dans la majorité des cas, le produit soudé consistait en un mélange d’un acier avec un fer. Comme exemple d’acier à moyen carbone soudé à un fer, nous pouvons citer une lame d’herminette fabriquée par des artisans Grecs aux environs de 400 av J.C.. Elle comporte une arête tranchante en acier à moyen carbone soutenu par un fer forgé.
• Vers 300 avJC : En espagne , la technique de fabrication subit une première évolution. Ce qui fut au départ un simple trou, à même le sol, on passe à une sorte de foyer, toujours ouvert, à demi enterré mais dont les côtés sélèvent un peu plus au-dessus du sol. Il est appelé BAS FOYER ou FOYER CATALAN. Le minerai y est toujours chauffé directement au contact du charbon de bois en couches alternées avec le minerai. Pour extraire ces loupes, on devait détruire systématiquement ces fours, et, bien sûr à chaque fois en reconstruire dautres. Du fait des besoins toujours grandissants et des trop petites quantités obtenues à chaque fois, plusieurs de ces fours étaient construits et fonctionnaient en même temps.
• Chez les Celtes et les Gaulois, les foyers se sont élevés franchement au-dessus du sol et le rendement a été tout de suite bien supérieur grâce à un meilleur tirage, mais surtout par le fait que la combustion y était activée par une sorte de soufflet manuel confectionné à partir de peaux de bêtes cousues entre elles. Ce soufflet arrive à porter la température aux environs des 1100 à 1200°, ce qui élimine loxygène contenu dans le minerai et donne alors une sorte de fer peu carburé. Puis comme précédemment ces masses pâteuses étaient aussitôt martelées énergiquement. Elles ne dépassent guère le poids dun demi, à un kilogramme.



Sur le continent européen et au Proche Orient , le forgeron avait aquis une telle maîtrise des métaux que durant des siècles l’évolution dans le domaine furent très lentes . Il faudra attendre que la chimie moderne révèle les mystères de la composition et de la structure interne des métaux pour assister à une revolution dans le domaine . Le forgeron se contenta de perfectionner et d’améliorer ses techniques .

• Fin du IIème apJC : Mise au point de l’acier feuilleté torsadé soudé par des peuples en Europe de l’Ouest.
• Vers Vème : Les Celtes découvrent la transformation du fer en acier. Ils sont aussi les premiers à réaliser des ustensiles et des armes forgées à partir dun mélange de fer et dacier. Ce nouveau métal est appelé, plus tard vers le moyen âge, lacier de Damas.
• 540 ap JC : Plus ancienne description des épées de Damas . On peut penser qu’elles sont bien antérieures .
• VIIIème apJC : l’épée damassée est introduite en occident introduite par les Maures via l’Espagne .

Tous les procédés de durcissement du fer et de l’acier ont été découverts empiriquement, et transmis de génération en génération; on note peu d’évolutions jusqu’au premier millénaire après J.C. La fabrication d’épées par forgeage et soudage répétés de fer et d’acier.
• IXème : Réintroduction du moulin hydraulique en Europe .
• Dès avant lan 1000, on passe au four à masse, construit en hauteur, qui permet dobtenir des loupes de 100 à 300 kilos. Les barres de fer chauffées en présence de matières riches en carbone, se transformaient, par cémentation et trempe à leau, en acier particulièrement adéquat pour larmurerie.
• Xème : la Collection des alchimistes contient, un véritable traité de sidérurgie, en 5 chapitres (beaucoup de procédés techniques ont été incorporés, au 10e siècle, dans la compilation des Alchimistes Grecs ).
• En 1130 après J.C , la Diversarum artium schedula du moine Théophile reflète surtout la pratique contemporaine des ateliers monastiques du haut moyen âge et constitue de ce fait un précieux recueil d’informations . La première cémentation au sens actuel du terme, réalisée sous forme de traitement thermochimique a été décrite par Théophile en 1130 après J.C.
• Fin XIIème-début XIIIème : Les perfectionnements se succèdent rapidement. Les Bas foyers se dressent de plus en plus haut au-dessus du sol pour atteindre 1,50 m à 1,80 m de haut. Ils sont désormais construits en pierres avec un revêtement intérieur en briques réfractaires. Le soufflage a lui aussi fait des progrès. Grâce à lemploi de la force hydraulique, des températures très élevées sont atteintes, au point que la matière, proche de la lave en fusion, peut être amenée vers lextérieur au travers dun orifice spécialement aménagé à cet effet. Les loupes atteignent déjà plusieurs kilos .
• Entre XIIème-XIVème : le poids des loupes de fer passe de quelques dizaines de kilos à près dune centaine par four.
• XIIème-XIIIème : PREMIERE REVOLUTION INDUSTRIELLE qui voit lapparition des " Machines " , mue par énergie hydraulique , qui, sans supplanter lartisan le dote doutils performants lui permettant datteindre des quantités, des qualités et des techniques jusqualors impossibles à mettre en œuvre. On pourra désormais quasiment superposer la carte du développement industriel et celle du réseau hydrologique. Des ruisseaux de faible débit, mais de cours rapide, actionneront des roues de moulins. Larbre à cames, qui transforme le mouvement rotatif en mouvement alternatif, permet de mouvoir des marteaux à fouler, des bocards à concasser le minerai, des martinets et des soufflets de forges. Loutil majeur est sans conteste le MARTINET sur Roues à Aubes , un forgeron infatigable, en fait système à cames entraîné par la force du courant, et actionnant en cycle une batterie de 2 à 3 gros marteaux frappant sans relâche sur une (des) enclume(s). Le tout fut rapidement pourvu dun système de débrayage, afin déviter que des marteaux frappant " à vide " nendommagent la table des enclumes .Le premier de ces " moulins à fer " cité dans un texte, en 1116, était construit à Issoudun. Le martinet va permettre de mettre en œuvre des techniques appelées à perdurer : l ETIRAGE des barres de métal, le PLATINAGE qui fournit les tôles, l ECROUISSAGE (à froid) ou le CORROYAGE (à chaud), qui assurera homogénéité et durcissement du métal. Les martinets - ce quon nommera "moulins, moulines à fer " dans le sud-ouest - souvent réutilisaient lemplacement dun moulin existant pour bénéficier dune force hydraulique éprouvée. Le travail enfin rendu moins pénible avec la mise en oeuvre de lénergie de leau, cela va permettre daugmenter la taille des fours, puisquon aura bientôt une ventilation mécanique plus régulière et plus efficace, donc une production accrue. A ce stade, se nomme "martinet" un établissement installé sur un cours deau, où, à partir de minerai on fabrique du fer au bas fourneau, un marteau mû par leau servant à épurer le résultat de la réduction du minerai. Le sens du mot "forge" est variable : il y eut dabord les "martinets" de la métallurgie directe, plus tard la "forge à convertir" ou "affinerie" réalisait laffinage de la fonte dans la métallurgie à deux temps. On parle aussi des "grosses forges" : situées dans un bâtiment attenant à une affinerie elles produisent le métal destiné aux divers usages de lindustrie, le fer dit "marchand".
Les diverses "forges à oeuvrer", "forges à façonner", vont désigner tout un chapelet dusines de transformation du "fer marchand" en objets utiles. Les premiers martinets furent ceux utilisés dans lopération de cinglage de la loupe de fer dans lantique métallurgie directe ; Puis avec le passage à la métallurgie à deux temps, le mot désignera lopération de cinglage de la loupe (ou massot, mazelle, renard...) mais dans une affinerie. A lusage Il nest pas toujours facile de sy retrouver quand sur un même site se trouvaient souvent côte à côte : haut fourneau (fonderie), affinerie, grosse forge, taillanderie, et aciérie , "martinet" désignera laffinerie elle même (XVIIIe S.).
• Début du XIVème : La hauteur des fours a encore augmenté et le tirage aussi. Le soufflage sest, lui aussi, encore perfectionné et de ce fait la température de combustion sélève maintenant suffisamment pour que le minerai de fer absorbe une quantité croissante de carbone. Ce fer carburé qui commence à fondre à une température plus basse, dissout à son tour du carbone.
• XIVème : Le système bielle-manivelle vient compléter l’arbre à cames à partir du XIVe siècle, et sapplique particulièrement aux pompes.
• Vers 1350-1400 : Apparition du haut-fourneau en Europe . Lapplication de la soufflerie hydraulique au four à masse permit den accroître la capacité, dy élever la température et de passer graduellement au haut-fourneau. La chronologie ici est difficile à établir, et le lieu de linnovation est encore matière à controverse. Evrard tenait pour la région mosane et le XIVe siècle, Beck pour la région rhénane et une date plus tardive. Quoi quil en soit, au XVe siècle, le haut-fourneau wallon existe dans sa forme classique et il est abondamment représenté par des artistes : il est adossé à une colline, le minerai, le charbon de bois et le fondant sont enfournés par le gueulard . A cette époque se produit un événement tout à fait inattendu et involontaire. De ce type de four sortit un jour, certainement à la suite dun soufflage mal contrôlé et un peu plus intensif quà lordinaire, un produit en fusion véritablement liquide (alors que le fer se présentait sous la forme dune masse pâteuse). Ce nouveau métal dur et cassant nétait pas du tout malléable donc pas forgeable et encore moins soudable au feu, car sa teneur en carbone était trop importante. Seule une utilisation par moulage était possible. La FONTE venait de naître. Certains situent cet événement dans les environs de Liège en Belgique et dautres dans la Ruhr en Allemagne. Grâce à la fonte, on peut dès lors fabriquer de plus en plus dobjets divers et indispensables dans la vie quotidienne, tels que : grilles, rambardes, ancres pour bateaux, plaques de cheminée, marmites, caractères dimprimeries, canons, boulets etc. Cest par tonnes/mois quelle est bientôt produite dans ce que lon peut désormais appeler les HAUTS FOURNEAUX. La génération des premiers "hauts fourneaux" mesure de 4 à 6 mètres de haut
• XVème : Apparition des armes à feu . Dès lors les armes blanches ne sucitent plus d’innovation dans le domaine métallurgique .
• XVème : Laffinage de la fonte est réalisé par des méthodes empiriques qui permettent de supprimer le carbone des gueuses de fonte provenant des hauts-fourneaux. Les différentes méthodes sont à lorigine régionale et correspondent probablement en partie aux qualités des minerais de fer utilisés. La méthode la plus répandue est la méthode dite wallonne. Cette méthode à été utilisé dans une grande part de lEurope jusquau XVIIe siècle. Il en existe des variantes comme la méthode champenoise ou la méthode comtoise dans laquelle la gueuse est placée au milieu du foyer et non au dessus.Il existe cependant des méthodes présentant des différences importantes tel que la méthode nivernaise.
• XVème environ : une véritable industrie métallurgique voit le jour avec lapparition doutillages spéciaux et de machines les plus diverses comme : les marteaux hydrauliques ou les machines à tréfiler qui sont actionnés par des roues à aubes. Ateliers de forges, de tréfilerie, de fonderie transforment ce fer en une foule dobjets usuels.
• 1540 : Pirotecnia de Vannocio Biringuccio auteur du premier livre imprimé consacré à la métallurgie. Description de tous les minerais et de leur localisation , explications détaillées des techniques de fusion , d’alliage , et de moulage .
• 1543-1558 : Le Parlement anglais restreint l’usage des forêts dans la production de charbon de bois , mettant en péril la construction navale. L’industrie du fer est contrainte de se déplacer vers le nord de l’Angleterre , le sud de Galles et vers les régions montagneuses d’Ecosse pour se rapprocher des ressources de combustible.
• 1556 : Agricola , un minéralogiste allemand, rédige un ouvrage permettant de se servir au mieux du fer et des différents autres métaux. Son livre, De re metallica est si complet (avec de nombreux dessins très précis déjà pour lépoque) quil sera réédité pendant près de deux siècles à travers toute lEurope industrielle naissante. Il décrit notamment les techniques hydrauliques de l’époque : araines ou canaux en pente amenant les eaux au pied des collines, chaînes à godets mues par un manège à chevaux, pompes actionnées par lénergie animale ou par des roues hydrauliques.
• XVIe siècle, les fonderies ont gagné en importance, et on sait y faire lacier directement par décarburation au bas fourneau .
• Vers 1650 : La houille commence à remplacer le charbon de bois , suite à la disparition progressive des forêts amène à remplacer le charbon de bois par la houille . La construction de grands vaisseaux de ligne et de commerce ainsi que la demande sans cesse croissante en charbon de bois, font que des portions entières de territoire ont changé littéralement daspect, quelquefois pour des siècles, comme chez nous à travers les îles au large de Marseille. En Angleterre la consommation du charbon de bois est telle que lon arrête la production et que lon ferme, pour un temps, les usines.
• 1709 : Abraham Dorby , en Angleterre , met au point le procédé permettant de remplacer le charbon de bois par le coke . Toutefois à la fin du XVIIIème siècle , l’essentiel de la production sidérurgique utilisée encore le charbon de bois .
• XVIIIème : Le physicien français René Antoine FERCHAULT de REAUMUR (1683 - 1757) rédige les principes de base de la Sidérurgie Moderne - du Grec Sidèros, fer et Ergon, travail et pour le latin, de Sidus, astre - car le premier contact de lhomme avec le fer le fut sous la forme de débris de météorites trouvés sur le sol.
• Entre 1740-1750 : HUNTSMANN , un Anglais , réussit à obtenir pour la première fois de lacier par fusion du fer, obtenu par affinage de la fonte, dans un creuset chauffé au coke soufflé (agglomérat charbonneux obtenu par distillation de la houille . Cest lorigine de lACIER FONDU.
• Entre 1750-1800 : invention des premiers laminoirs (origine anglaise ).
• 1781 : un savant Suédois découvrit que le fer et le carbone constituent un alliage.
• 1786 : En 1786, Berthollet, Monge et Vandermonde, trois savants français, établirent la définition exacte du trio Fer-Fonte-Acier et le rôle du carbone dans lélaboration et les caractéristiques de ces trois matériaux*. Toutefois, il fallut attendre les grandes inventions du XIXème siècle (les fours Bessemer, Thomas et Martin) pour que lacier, jusqualors fabriqué en faible quantité à partir du fer, connaisse un développement spectaculaire et simpose rapidement comme le métal-roi de la révolution industrielle.
• 1856 : L’âge de l’acier , Henry Bessemer invente le convertisseur dans lequel est introduit le fer fondu et sur lequel est soufflé de l’air qui oxyde le carbone contenu dans le métal ; Invention également d’un four permettant de générer la température permettant de fondre le fer forgeable , de l’affiner et d’obtenir de l’acier en quantité industrielle , il remplace assez vite le fer forgé dans un grand nombre d’application.


















Creado por arutua | 0 comentarios | 10/05/06 19:21

Recuperar 4 puntos del carnet de conducirGeomundos.com recomienda ante todo prudencia y paciencia al volante, tanto...