MÉTALLOGRAPHIE Macrographie et micrographie optiques
C'est dans la seconde moitié du xixe siècle que le microscope optique a commencé à être utilisé pour examiner les structures des produits métallurgiques. Anasoff, en 1841, puis Henry Clifton Sorby, en 1864, furent les pionniers de cette technique avec Floris Osmond, lequel publia le premier ouvrage illustré de photomicrographie (La Constitution des aciers au carbone, 1894).
À la suite de ces précurseurs vint alors toute une génération d'illustres métallurgistes : Adolf Martens et Gustav Heinrich Tammann en Allemagne, Nicholas Timothy Belaiew en Russie, Henry Le Chatelier, Augustin Charpy et Albert Portevin en France, William Chandler Roberts-Austen et John Edward Stead en Angleterre, Carl Axel Benedicks en Suède, Albert Sauveur aux États-Unis et bien d'autres, qui tous développèrent les techniques de la métallographie microscopique.
Un tel intérêt pour ce mode d'investigation s'explique si l'on pense que les propriétés d'un matériau métallurgique ne dépendent pas seulement de la composition chimique, mais qu'elles découlent essentiellement de la nature, de la taille et de la répartition des phases constituantes.
Préparation des surfaces
Mis à part le cas particulier de l'examen des états de surface qui peut avoir un certain intérêt métallurgique (finition d'un usinage, par exemple) et celui de l'examen des ruptures intercristallines ou transgranulaires, les échantillons destinés à être observés au microscope optique doivent subir une préparation particulière. Les constituants sont en effet soit masqués par des couches superficielles gênantes (oxydes, nitrures), soit altérés par les procédés de mise en forme. Il est donc nécessaire de disposer tout d'abord d'échantillons ayant quelques centimètres carrés de section et d'en polir la partie qui sera examinée.
Prélèvement des échantillons
L' échantillon choisi doit évidemment être le plus représentatif possible de la structure de la pièce étudiée. Or il est rare que les matériaux métallurgiques soient homogènes : leur composition chimique peut varier d'un point à un autre, soit à cause de phénomènes de « ségrégation majeure » (cf. métallurgie - Les traitements thermiques), soit parce qu'ils ont subi certains traitements de surface (cémentation, nitruration), soit encore parce que la mise en forme a introduit des déformations localisées (forgeage, matriçage).
L'échantillon étant choisi, le prélèvement dans la pièce doit être effectué en perturbant au minimum la structure initiale : le sciage ou le tronçonnage sont en général employés, mais il faut alors éviter soigneusement tout échauffement excessif. Dans certains cas particuliers, on aura recours au découpage par étincelage, par ultrasons ou par électrolyse.
Découvert à Cracovie par Biernawski, le découpage par étincelage consiste à utiliser l'énergie d'une batterie de condensateurs pour produire des étincelles entre une électrode de découpage et la pièce. Cette dernière est immergée dans un bain d'huile qui régularise les arcs électriques et assure le refroidissement durant la coupe.
Dans le cas de matériaux très durs et très fragiles (tels les carbures métalliques), on immerge la pièce dans une suspension de poudre abrasive. Des ondes stationnaires ultrasonores permettent de localiser l'abrasion et de couper l'éprouvette en certaines zones particulières qui sont des ventres de vibration.
Afin d'éviter toute perturbation d'origine mécanique ou thermique lors du découpage, ce qui est nécessaire dans certains cas particuliers comme celui du prélèvement d'échantillons monocristallins, on a recours au découpage électrolytique. Pour réaliser cette opération, un fil ou un disque porté à un potentiel négatif est imbibé d'un électrolyte ; cette électrode est donc en contact avec la pièce[...]
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Écrit par
- Gérard WYON : maître assistant honoraire et chargé de cours à l'Ecole nationale supérieure des mines de Paris
Classification
Média
Acier inoxydable : zone déformée et polissage
Encyclopædia Universalis France
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