Méthodes d’analyse métallographique
Dans l’industrie automobile, les entreprises rivalisent d’ingéniosité pour développer des matériaux à la fois plus légers et plus rigides. Pour une sélection et une exploitation optimales de ces nouveaux matériaux haute performance, il est essentiel de pouvoir observer et mesurer les structures métalliques avec précision, simplicité et rapidité.
Cette section vous présente les principes de base et problèmes fréquents de l’analyse métallographique pour conclure sur les derniers exemples d’applications du microscope numérique 4K de KEYENCE.
- Matériaux métalliques et importance de l’analyse métallographique
- Structures métalliques et sensibilité aux variations de température
- Méthodes d’analyse métallographique au microscope
- Derniers exemples d’analyse métallographique
- Analyse métallographique à partir d’images ultra-haute définition 4K
- Observation à hauts niveaux de précision et de contraste grâce à la fonction HDR 4K
- Images en champ large capturées grâce à l’assemblage d’images haute vitesse
- Mesure en un clic des structures métalliques
- Observation de la sphéroïdisation du graphite et mesure du rapport de surface
- L’analyse métallographique, incontournable pour les leaders de l’industrie
Matériaux métalliques et importance de l’analyse métallographique
Les matériaux métalliques sont employés dans une grande variété de domaines, de l’automobile à l’aérospatiale, en passant par l’infrastructure, les équipements électriques et les composants électroniques. À chaque application convient un métal ou alliage spécifique. Cependant, bien plus que les constituants du métal ou de l’alliage, c’est leur structure qui détermine leurs propriétés mécaniques, telles que la durabilité et la malléabilité. L’analyse métallographique permet d’évaluer les propriétés des matériaux métalliques et leur altération due à l’usinage, au traitement thermique et à d’autres facteurs, afin de sélectionner et d’exploiter le matériau optimal.
Dans l’industrie automobile, notamment, où la rupture des matériaux métalliques peut compromettre la sécurité et mettre en péril des vies humaines, l’observation de la structure métallique est essentielle pour évaluer les propriétés mécaniques, contrôler l’état de surface après usinage et traitement thermique et détecter des défauts, tels que des inclusions non métalliques, des fissures et des bulles.
Propriétés mécaniques des matériaux métalliques
Les propriétés mécaniques des matériaux métalliques désignent des propriétés dynamiques, telles que la résistance, la rigidité, la solidité, les caractéristiques de fatigue et la résistance à l’usure. Les propriétés mécaniques des matériaux métalliques sont altérées lorsque la structure métallique se modifie sous l’effet du traitement thermique, ce qui explique que deux matériaux aux constituants identiques et présents dans le même rapport (même structure) puissent avoir des propriétés différentes. Outre la durabilité des matériaux, ces propriétés influent directement sur l’efficacité de l’usinage mécanique (coupe, usinage plastique, etc.) et changent sous l’effet d’un traitement thermique.
Structures métalliques et sensibilité aux variations de température
En règle générale, les structures métalliques se composent de structures cristallines dans lesquelles les atomes sont disposés de façon régulière, cependant, tous les atomes ne sont pas parfaitement alignés. Les structures cristallines qui comptent plusieurs grains aux atomes disposés de façon régulière sont appelées structures polycristallines et, entre ces grains, les zones où les atomes ne sont pas parfaitement alignés sont appelées joints de grains.
- Gauche : Métal polycristallin composé de plusieurs grains
- Droite : Joint de grains
Dans les structures cristallines de ces métaux, la disposition des joints de grains varie sous l’effet du traitement thermique ou d’autres applications de température. Sur un même matériau métallique, les variations provoquées par la chaleur peuvent différer. L’observation des variations de forme, de taille et de distribution des grains après traitement thermique est donc essentielle pour déterminer les propriétés mécaniques d’un matériau.
Des exemples de variation de structure de l’acier inoxydable (SUS) sous l’effet d’un traitement thermique sont décrits ci-après.
- Austénite (SUS304)
- Bien que cette structure n’existe pas à température ambiante, la structure d’un alliage de Fe et de C se stabilise à une température minimale de 723°C. L’ajout d’éléments (Ni et Mn) qui améliorent la trempabilité produit également une structure stable. La structure austénitique qui demeure inchangée dans l’acier après trempe est appelée austénite résiduelle.
- Martensite (SUS410)
- Une structure dure mais cassante formée par refroidissement rapide de la structure austénitique. Le recuit de la martensite à une température de 100 à 200°C crée un précipité de Fe3C, rendant la structure légèrement plus rigide mais plus sensible à la corrosion. La martensite à cet état est appelée martensite recuite pour la distinguer de la martensite trempée.
- Ferrite (SUS430)
- Une structure similaire au fer pur et contenant jusqu’à 0,02 % de C dans Fe. Ferromagnétique d’une température ambiante à 780°C, cette structure ductile est la plus souple des structures de fer et d’acier.
La structure obtenue par refroidissement lent de l’acier à un état austénitique est appelée perlite. L’intervalle entre les couches diffère selon la vitesse de refroidissement. Le nom perlite vient de l’alternance de couches de ferrite et de Fe3C extrêmement fines qui produisent une couleur semblable à une perle de coquillage.
Méthodes d’analyse métallographique au microscope
Le processus d’analyse métallographique, de la création de l’échantillon à son observation au microscope, est décrit ci-dessous.
1. Enrobage (remplissage en résine)
Enveloppez l’échantillon coupé de résine. Il existe différents types de résine d’enrobage. La plus utilisée est une résine thermodurcissable à la lumière visible, hautement transparente et à durcissement rapide. Placez l’échantillon dans un boitier cylindrique et versez lentement la résine d’enrobage. À cette étape, veillez à prévenir la formation de bulles.
2. Polissage
Polissez l’échantillon, d’abord grossièrement, avec un papier abrasif étanche à l’eau, puis plus finement, avec une machine de polissage de surface. Utilisez du papier SiC de 80 à 2400 (du plus rugueux ou plus fin) lors du polissage humide de la première étape. Lors du polissage de précision, donnez à l’échantillon un fini poli-miroir en utilisant de la poudre de soie synthétique à grains de 9 à 0,25 micromètre(s), un abrasif, un lubrifiant et une suspension alcaline, puis lavez la surface à l’eau courante.
3. Gravure (corrosion)
Trempez la surface polie de l’échantillon dans une solution de gravure (liquide corrosif) adaptée. Rincez le liquide corrosif à l’eau, trempez l’échantillon dans de l’éthanol ou un produit similaire, puis séchez l’échantillon.
4. Observation de la structure au microscope
Une fois les étapes de création ci-dessus achevées, observez la surface polie de l’échantillon au microscope. Grossissez la structure et ajustez la mise au point pour observer les variations de structure dues à l’application de chaleur. Des mesures avancées, notamment des inclusions non métalliques, de la sphéroïdisation du graphite et du rapport de surface ferrite/perlite, seront ensuite réalisées par transfert de l’image vers un logiciel dédié.
Derniers exemples d’analyse métallographique
Les microscopes numériques de KEYENCE apportent des solutions innovantes.
Le microscope numérique ultra-haute définition 4K Série VHX de KEYENCE permet non seulement d’observer et d’évaluer les structures métalliques sur image haute définition mais également de rationaliser toute une série d’opérations.
Analyse métallographique à partir d’images ultra-haute définition 4K
La création des échantillons nécessite de nombreuses heures de travail. De plus, si la surface de l’échantillon enrobé de résine n’est pas parfaitement plane, la différence de hauteur la plus infime peut entraîner un flou de l’image lors de l’observation sous grossissement, nécessitant des ajustements de haute précision.
L’interface de composition directe du microscope numérique 4K Série VHX exécute une composition en profondeur rapide en toute simplicité, sans aucun ajustement manuel de la mise au point. La mise au point est ainsi automatiquement effectuée sur la totalité de la structure métallique, même si la surface enrobée observée n’est pas plane, vous permettant d’observer facilement la structure sur une image ultra-haute définition 4K entièrement nette.
Observation à hauts niveaux de précision et de contraste grâce à la fonction HDR 4K
Le microscope numérique 4K Série VHX est équipé d’une fonction HDR (haute plage dynamique), qui capture plusieurs images en faisant varier la vitesse d’obturation pour renforcer les nuances de couleur. Cette fonction permet d’observer des structures détaillées sur des images à hauts niveaux de précision et de contraste.
Images en champ large capturées grâce à l’assemblage d’images haute vitesse
Avec la fonction d’assemblage d’images de la Série VHX, il suffit d’appuyer sur le bouton d’assemblage pour compiler rapidement les données d’image de différents champs de vision, sans aucune erreur d’alignement, en une seule image de 50 000 x 50 000 pixels max. Le grossissement et la résolution sont maintenus, créant une image en plongée idéale pour l’observation.
Mesure en un clic des structures métalliques
Le microscope numérique 4K Série VHX intègre une fonction de mesure automatique de surface. À l’aide d’une simple souris, réalisez toute une série d’opérations, de l’observation sous grossissement des structures métalliques à l’évaluation quantitative des rapports de surface, en passant par la mesure automatique et la création de rapports.
Observation de la sphéroïdisation du graphite et mesure du rapport de surface
Le microscope numérique 4K Série VHX intègre une fonction de comptage/mesure automatique de surface. Mesurez et déterminez le rapport de surface dans une zone spécifique en quelques étapes simples. Il est possible d’exclure les cibles inutiles et de séparer celles qui se chevauchent. Cette fonction vous permet de visualiser les valeurs mesurées dans un tableau ou sur un graphique, tout en réalisant l’observation au microscope.
L’analyse métallographique, incontournable pour les leaders de l’industrie
Dans toutes les industries, l’automobile en tête, les entreprises rivalisent d’ingéniosité pour développer de nouveaux matériaux et technologies d’usinage, capables d’améliorer l’efficacité énergétique via une réduction du poids et un renforcement de la rigidité.
Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX garantit une observation et une mesure haute résolution idéales pour l’analyse métallographique.
Équipée de nombreuses fonctions avancées, la Série VHX est un formidable outil pour toutes les industries dans lesquelles la sélection rapide et précise des matériaux est un enjeu majeur.
Pour en savoir plus sur la Série VHX, cliquez sur le bouton ci-dessous pour télécharger le catalogue. Pour toute demande, cliquez sur l’autre bouton pour contacter KEYENCE.
