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05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’an

05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 1/21 Struers - L'assurance de la qualité / Compétence / Matériaux / Structures granulaires métalliques LES PROPRIÉTÉS STRUCTURELLES DES MÉTAUX La structure interne d’un métal est constituée de zones cristallines individuelles, appelées « grains ». La structure, la taille et l’orientation de ces grains résultent de la composition du matériau (alliage) et de la méthode de fabrication du matériau (par exemple, forgeage, coulage ou fabrication additive). Les grains sont formés par le matériau fondu lorsqu’il se solidifie ; ils interagissent entre eux et avec d’autres composants, tels que les phases et les contaminations. Habituellement, la structure granulaire est adaptée à l’application technique. La taille et l’orientation des grains, ainsi que d’autres caractéristiques structurelles, sont directement liées aux propriétés mécaniques et technologiques de ces matériaux. Les STRUCTURES GRANULAIRES MÉTALLIQUES ET ANALYSE MICROSCOPIQUE Les matériaux métalliques sont souvent interprétés en fonction de leur structure interne, appelée « microstructure ». Préparée en collaboration avec Zeiss, les experts en optique et optoélectronique, cette note d’application explique tout ce que vous devez savoir sur les propriétés structurelles du métal, la préparation des matériaux pour l’analyse microstructurelle et l’interprétation des résultats. TÉLÉCHARGEZ LA NOTE D’APPLICATION INTÉGRALE 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 2/21 caractéristiques structurelles dépendent également des influences extérieures ultérieures. Ces influences incluent : Les influences chimiques (par exemple, corrosion) Les influences physiques (par exemple, traitement thermique) Les influences mécaniques (par exemple, procédés de formage tels que le forgeage, le laminage, le cintrage, etc.) Microstructure Fig. 1 : cuivre pur attaqué en contraste interférentiel La microstructure peut uniquement être évaluée au microscope (stéréomicroscope, microscope optique en réflexion, microscope numérique ou microscope électronique en 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 3/21 transmission à balayage). En règle générale, la taille des caractéristiques observées varie de moins d’un millimètre à des micromètres, voire des nanomètres. Les observations microstructurelles sont utilisées pour un large éventail d’investigations, par exemple, pour déterminer la granulométrie ou rechercher les défauts, pour la préparation de cibles en microélectronique, pour les soudures de toutes sortes et pour l’analyse des défaillances. Macrostructure Fig. 2 : macro-section d’une pièce coulée en cuivre pur, attaquée La macrostructure est visible à l’œil nu, à la loupe ou au stéréomicroscope. Ces observations sont moins répandues que les investigations microstructurelles. Les applications nécessitant l’observation de la macrostructure sont habituellement les 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 4/21 soudures, les pièces coulées fabriquées dans certains métaux non ferreux ou la déformation et la ségrégation sur des pièces coulées ou forgées. L’évaluation sommaire de revêtements ou de géométries peut également faire l’objet d’études macrostructurelles. POURQUOI OPTER POUR L’ANALYSE MICROSCOPIQUE ? Une fois la préparation métallographique terminée, les propriétés structurelles d’un métal peuvent être analysées au microscope. Il est alors possible de tirer des conclusions concernant les caractéristiques du matériau. Par exemple, l’analyse microscopique peut être utilisée pour évaluer les caractéristiques aux stades de la conception et du traitement du métal, ainsi que les situations dans lesquelles des dommages sont apparus. Les éléments structurels pouvant être évalués à l’aide d’un microscope optique ou électronique incluent : Grains/cristallites et joints des grains Phases intermétalliques et précipités Inclusions et phases non métalliques L’évaluation repose sur les critères suivants : Type et forme Taille et nombre Répartition et orientation À partir de toutes ces informations, il est possible de créer une description complète de la microstructure et de tirer des conclusions concernant ses caractéristiques potentielles. COMPRENDRE LES ALLIAGES Les matériaux utilisés dans les applications pratiques aujourd’hui sont un mélange de différents éléments chimiques, souvent appelés « alliages ». L’acier et la fonte, par exemple, sont essentiellement des alliages à base de fer (Fe) et d’additions de carbone (C), qui déterminent la dureté du matériau ferreux. L’analyse microstructurelle nous permet de tirer des conclusions concernant les propriétés de l’alliage, notamment sa résistance, sa dureté et sa ductilité. 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 5/21 Fig. 3 : fonte perlitique à graphite lamellaire, attaque avec du Nital. Le carbone est principalement présent sous forme de graphite sous forme lamellaire, ce qui se traduit par une résistance réduite. La matrice perlitique elle-même présente un degré de dureté suffisamment élevé. Image réalisée avec ZEISS Axio Imager, objectif 50x ; éclairage en champ clair 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 6/21 Fig. 4 : fonte ferritique à graphite sphéroïdal, attaque avec du Nital. Le carbone est principalement présent sous forme de graphite sous forme sphérique. La forme sphérique produit une résistance supérieure à celle de la fonte lamellaire ; cependant, la dureté du matériau est moindre, en raison de l’absence de cémentite dans la matrice purement ferritique. Image réalisée avec ZEISS Smartzoom 5, grossissement d’environ 500x 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 7/21 Fig. 5 : acier ferritique avec environ 0,1 % de carbone, attaque avec du Nital. Le carbone est principalement présent sous forme de cémentite et d’une faible proportion de perlite entre les grains ferritiques. La matrice, qui est donc presque purement ferritique, possède une faible dureté, mais une très bonne ductilité. Image réalisée avec ZEISS Smartzoom 5, grossissement d’environ 500x ; éclairage coaxial avec faible proportion de lumière annulaire 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 8/21 Fig. 6 : acier ferritique-perlitique avec environ 0,2 % de carbone, attaque avec du Nital. Le carbone est principalement présent sous forme de cémentite lamellaire et d’une proportion supérieure de perlite adjacente aux grains ferritiques. Ceci confère à la cémentite une apparence striée. Les grains perlitiques réfléchissent moins la lumière que les grains ferritiques, et ont donc une apparence plus foncée. Une matrice de ce type possède une dureté plus élevée, mais une ductilité plus faible. Image réalisée avec ZEISS Axiolab, objectif 50x ; éclairage en champ clair PRÉPARATION MÉTALLOGRAPHIQUE DU MÉTAL POUR L’ANALYSE MICROSTRUCTURELLE Pour garantir la représentation correcte des propriétés structurelles d’un métal, l’échantillon doit être correctement préparé. Les étapes ci-dessous offrent une description générale du processus, mais la méthode de préparation métallographique doit être adaptée au matériau. Étape 1 : Tronçonnage de pièces pour l’analyse microstructurelle 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 9/21 Un procédé de tronçonnage abrasif sous eau est utilisé pour prélever un échantillon représentatif de la pièce. Le procédé de tronçonnage doit être choisi de manière à assurer que l’échantillon ne subira aucun dommage susceptible de modifier sa structure, et doit être adapté au matériau et à l’application. Fig. 7 : une machine de tronçonnage abrasif sous eau avec une meule adaptée est utilisée pour prélever un échantillon d’une section de dent d’engrenage. En règle générale, la section est cémentée ou durcie par induction. L’échantillon sera utilisé pour examiner la structure et la dureté de la section. Pour en savoir plus Pour enrichir votre savoir-faire, vos connaissances et votre expertise, reportez-vous à la section consacrée au tronçonnage. Découvrez notre gamme d’équipements de tronçonnage. Trouvez des consommables et des accessoires pour le tronçonnage métallographique. Étape 2 : Enrobage d’échantillons pour l’analyse microstructurelle 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 10/21 Un procédé d’enrobage permet d’emprisonner les pièces tronçonnées afin de faciliter leur manipulation et de normaliser leurs dimensions. Différentes techniques et résines d’enrobage à chaud et à froid sont disponibles, bien que les résines époxy ou acryliques soient les plus fréquemment utilisées. Enrobage à froid : jusqu’à environ 100 °C, pression atmosphérique ou sous vide Enrobage à chaud : à 350 bars et 180 °C max. Fig. 8 : une sélection d’échantillons enrobés de différentes formes. L’enrobage d’un échantillon avec une résine assure un résultat de préparation satisfaisant et améliore l’efficacité durant le reste du procédé. Pour en savoir plus Pour enrichir votre savoir-faire, vos connaissances et votre expertise, reportez-vous à la section consacrée à l’enrobage. Découvrez notre gamme d’enrobeuses et d’équipements d’enrobage. Trouvez des consommables et des accessoires pour l’enrobage métallographique à chaud et à froid. Étape 3 : Prépolissage et polissage d’échantillons pour l’analyse microstructurelle 05/11/2021 13:24 Connaissance des structures granulaires métalliques et de l’analyse microscopique | Struers.com https://www.struers.com/fr-FR/Knowledge/Materials/Metallic-grain-structures#main 11/21 Le processus de prépolissage et de polissage est l’étape la plus importante lors de la préparation d’un échantillon pour l’examen au microscope. Durant ce processus, la rugosité macroscopique de la surface tronçonnée est réduite jusqu’à obtenir une surface réfléchissante. Si l’intention est seulement de rendre la macrostructure visible (en règle générale, pour l’examen au microscope stéréoscopique ou à la loupe), quelques étapes de prépolissage grossier et de contraste avec des solutions acides ou alcalines suffisent. (Ces échantillons sont souvent préparés sans enrobage, afin de gagner du temps.) Pour rendre les éléments microscopiques de la structure visibles sous un microscope optique en réflexion, une finition miroir est nécessaire. Le procédé de prépolissage uploads/Ingenierie_Lourd/ connaissance-des-structures-granulaires-metalliques-et-de-l-x27-analyse-microscopique.pdf