Explication de la métallographie, de la matérialographie et de l’analyse métallurgique
Qu’est-ce que la métallographie et pourquoi est-elle importante ?
Dans cet article, nous répondons à vos questions clés sur ce domaine fascinant. Vous découvrirez les différences entre la métallographie, la matérialographie et l’analyse métallurgique, et pourquoi ces différences sont importantes lors du choix des bonnes méthodes de préparation.
Nous explorerons l’histoire, les applications et les techniques d’analyse utilisées dans les trois disciplines, vous donnant une meilleure compréhension de la manière dont chaque approche favorise une évaluation précise et fiable des matériaux. Lisez l’article complet pour en savoir plus sur la façon dont la métallographie, la matérialographie et l’analyse métallurgique contribuent à tout, du contrôle qualité à la recherche et à l’innovation.
Qu’est-ce que la métallographie ?
En résumé, la métallographie peut être définie comme la science et l’art d’étudier la microstructure de différents métaux et alliages métalliques. En métallographie, la surface d’un échantillon métallique est préparée à l’aide de diverses méthodes, notamment le tronçonnage, l’enrobage, le polissage et l’attaque, pour révéler la microstructure du métal. Cette microstructure est ensuite analysée, souvent à l’aide de la microscopie optique ou électronique, pour identifier les propriétés microscopiques du métal. Cela permet au métallographe de tirer des conclusions sur les propriétés macroscopiques du matériau.
La matérialographie est-elle différente de la métallographie ? Les techniques utilisées en métallographie peuvent être appliquées à une gamme de matériaux, y compris la céramique et les matériaux polymères, d’où les termes céramographie et plastographie. Collectivement, la métallographie, la céramographie et la plastographie sont appelées matérialographie. Bien que la matérialographie soit le terme générique, le terme métallographie est plus largement utilisé.
Les techniques métallographiques sont le plus couramment appliquées à :
- Métaux et alliages métalliques, y compris le titane, l’acier inoxydable, le fer, le laiton et autres types de métaux
- Céramiques, y compris les revêtements céramiques
- Polymères, y compris les polymères naturels et synthétiques
- Revêtements, y compris les revêtements par pulvérisation thermique, les revêtements nitrurés et les revêtements en zinc galvanisé
- Métallurgie des poudres
- Microélectronique
- Fixations, y compris vis, boulons et tiges
- Fabrication additive ou impression 3D
Quelles sont les principales applications de la métallographie ?
Dans un métal ou un autre matériau, la microstructure détermine de nombreuses propriétés macroscopiques importantes, notamment la résistance à la traction, la ductilité, la conduction thermique et la résistance à la corrosion. La compréhension de la microstructure du matériau permet donc au métallographe de mieux déterminer ses performances dans différentes situations. Par conséquent, la métallographie est couramment utilisée dans divers segments industriels, notamment l’automobile, l’aérospatiale, l’électronique, la fabrication et les processus métalliques, ainsi que dans les environnements universitaires.
Applications clés de la métallographie :
- Développement, analyse et essais de nouveaux alliages, matériaux et produits
- Développement de nouvelles techniques de fabrication
- Assurance qualité des composants et analyse des défaillances des composants produits
Quand la métallographie a-t-elle été inventée ?
La première métallurgie date d’environ 7000 av. J.-C., lorsque l’homme a découvert pour la première fois que le feu pouvait aider à façonner le métal. Les premiers métallurgistes connaissaient sept métaux : Ils pouvaient trouver de l’or, du cuivre et de l’argent dans le sol et créer du plomb, du fer, de l’étain et du mercure par fusion. Malgré cela, la métallographie n’a été développée comme domaine d’étude que dans les années 1800, lorsque le scientifique britannique Henry Clifton Sorby a commencé à explorer le fer et l’acier manufacturés. Son travail a démontré le lien entre la microstructure d’un métal et ses propriétés macroscopiques.
Cela peut sembler évident aujourd'hui, mais à l'époque, c'était une idée révolutionnaire. Comme l’a déclaré Henry Clifton Sorby vers la fin de sa vie : « Au début, si un accident ferroviaire s'était produit et que j'avais suggéré à l'entreprise de prendre un rail pour l'examiner au microscope, on m'aurait considéré comme un homme à envoyer à l'asile. » Mais c’est ce que l’on fait maintenant... »
Depuis, la métallographie s’est développée rapidement. La métallographie moderne doit beaucoup à des entreprises comme DISA et Struers, qui ont introduit les premiers équipements mécaniques pour la métallographie, y compris la DISA Electropol et la machine de prépolissage Knuth-Rotor. Aujourd’hui, des machines matérialographiques entièrement automatisées sont disponibles, telles que Xmatic, la première solution de prépolissage et de polissage entièrement automatisée au monde.
Comment la préparation métallographique des échantillons est-elle effectuée ?
En métallographie, un échantillon de matériau est préparé afin de rendre visible sa microstructure. Étant donné que l’objectif des processus métallographiques est de révéler la véritable microstructure du matériau, il est essentiel que le processus lui-même n’endommage pas ou ne modifie pas la microstructure de quelque manière que ce soit. Le processus métallographique spécifique varie en fonction du matériau. Le processus requis sur un composant automobile en acier inoxydable, par exemple, sera nécessairement différent du processus requis pour un boulon en titane, un fil de cuivre, une soudure de fer ou une micropuce. Cependant, la plupart des processus métallographiques suivent les mêmes étapes générales.
« Tronçonnage métallographique Le processus métallographique commence normalement par le tronçonnage métallographique. Le composant est sectionné à l’aide d’une machine de tronçonnage métallographique spécialement conçue et d’une meule de tronçonnage pour révéler une section transversale du matériau. Sur les grands composants, tels que les axes d’entraînement en acier, le tronçonnage métallographique est également utilisé pour créer de petits échantillons du matériau qui sont plus faciles à manipuler.
La meule de tronçonnage est sélectionnée pour le matériau : les fontes blanches alliées, par exemple, nécessitent habituellement une meule de tronçonnage au nitrure de bore cubique ; tandis que les cuivres sont généralement tronçonnés à l’aide de carbure de sillicium dur.
Enrobage métallographique Une fois le tronçonnage terminé, la plupart des échantillons métallographiques sont enrobés dans une résine chaude ou froide à l’aide d’une presse d’enrobage. Au cours de la préparation, l’enrobage métallographique permet de préserver les couches du matériau et de protéger les échantillons fragiles ou revêtus. Il permet également une manipulation plus sûre et plus pratique de petits objets tranchants ou de forme irrégulière.
Il existe deux techniques d’enrobage métallographique : l’enrobage à chaud (également appelé enrobage à chaud) et l’enrobage à froid. Les deux techniques d’enrobage offrent certains avantages et le métallographe décidera de l’utiliser en fonction des propriétés de l’échantillon, du nombre d’échantillons et de la qualité requise.
Prépolissage et polissage métallographiques (préparation mécanique)
Le plus souvent, la surface de l’échantillon métallographique enrobé est ensuite préparée pour l’examen microscopique par prépolissage et polissage. Ces deux étapes métallographiques sont collectivement appelées préparation mécanique.
Le prépolissage et le polissage métallographiques sont généralement effectués sur des machines de prépolissage et de polissage spécialement conçues, soit manuellement, soit automatiquement. Sur ces machines, l’échantillon est maintenu contre une meule tournant rapidement, qui meule ou polit la surface pour révéler la microstructure en dessous. La surface de la roue est modifiée en fonction du matériau spécifique. Les matériaux tendres et ductiles, tels que l’aluminium et les alliages d’aluminium, par exemple, nécessiteront une surface de prépolissage ou de polissage très différente de celle de la fonte.
Attaque métallographique
Après le prépolissage et le polissage, de nombreux processus de préparation métallographique peuvent s’arrêter. Cependant, certains matériaux et certaines applications nécessitent une étape supplémentaire du processus métallographique : l’attaque. L’attaque métallographique est un processus chimique au cours duquel la surface de l’échantillon est traitée avec un réactif d'attaque pour révéler ou améliorer les propriétés optiques des limites de grains, des phases ou des surfaces granulaires du matériau. L’objectif est de rendre ces propriétés plus visibles lors de l’inspection microscopique.
En plus de l’attaque métallographique, des filtres optiques spéciaux peuvent être utilisés au microscope pour souligner davantage le contraste entre les différentes propriétés microstructurales du matériau.
Préparation électrolytique Le prépolissage et le polissage mécaniques peuvent déformer la surface du matériau. Par conséquent, les métallographes peuvent préférer utiliser la préparation électrolytique. Cependant, cela n’est possible que sur certains matériaux et dans certaines applications. Dans la préparation électrolytique, l’échantillon est configuré comme l’anode dans un électrolyte approprié. La surface du matériau est éliminée par dissolution contrôlée, révélant la microstructure sous-jacente. Cela peut être suivi d'une gravure électrolytique pour faire ressortir les contrastes de la microstructure sous le microscope.
Comment se déroule l’analyse d’un échantillon après la préparation métallographique ?
Après la préparation métallurgique, la microstructure de l’échantillon est soigneusement inspectée et analysée. Les informations dérivées de cette analyse permettent au métallographe de tirer des conclusions concernant les propriétés du matériau, notamment sa résistance, sa ductilité et sa conductivité.
Inspection métallographique : Selon l’application et le matériau, il peut suffire d’inspecter l’échantillon à l’œil nu (macroscopie). Cependant, dans la plupart des situations, les métallographes recourent à la microscopie (agrandissement optique ou numérique) pour examiner plus en détail l’aspect de la microstructure.
- La microscopie optique permet d’agrandir jusqu’à 1 000 fois la microstructure.
- La microscopie électronique peut atteindre un grossissement de 500 000 fois et est principalement utilisée pour l'analyse des défaillances métallurgiques ainsi que pour des fins éducatives.
Qu’est-ce que l’essai de dureté métallographique ? L’essai de dureté est une touche essentielle dans de nombreux laboratoires métallurgiques et métallographiques. Il permet de déterminer la dureté précise d’un matériau, ce qui fournit des informations essentielles sur sa résistance, sa résistance à l’usure et sa ductilité.
L’essai implique de presser un pénétrateur de forme spécifique dans la surface du matériau et de mesurer la taille ou la profondeur de l’empreinte résultante.
Il existe plusieurs normes d’essais de dureté métallographiques, notamment Vickers, Knoop et Brinell. Tous nécessitent des machines d’essai de dureté spécialisées et calibrées pour garantir des résultats précis et reproductibles.