Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
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métallographie (suite)

• À l’échelle atomique, il est nécessaire de connaître l’assemblage des atomes constituant le grain ou cristal, sachant qu’un grain de dimension moyenne de 0,05 mm contient environ 1014 atomes. Dans les métaux, les atomes sont disposés suivant des plans cristallographiques dont la maille élémentaire caractéristique a des dimensions de l’ordre de 2 à 4 Å (200 à 400 pm). La plupart des métaux et alliages cristallisent dans un nombre réduit de systèmes : cubique centré, cubique à faces centrées, hexagonal compact, quadratique et plus rarement monoclinique, triclinique, rhomboédrique et orthorhombique. La disposition des atomes n’est pas parfaite suivant le modèle théorique des plans cristallographiques, et la connaissance des imperfections du réseau atomique (courbures des plans, lacunes, atomes étrangers, dislocations, zones de précipitation, etc.) aide à la compréhension et à la prévision du comportement de certaines structures, par exemple lors de la déformation plastique des métaux. Des régions particulièrement perturbées qui sont le siège de réactions préférentielles sont constituées par la limite de deux réseaux de grains ou joints de grains.

• À l’échelle des cristaux ou grains, la grosseur, la forme et l’orientation de ces grains ont une influence primordiale sur certaines caractéristiques physiques et mécaniques, qui a entraîné l’étude séparée des propriétés de monocristaux métalliques, puis l’étude globale des ensembles polycristallins. La plupart des métaux présentent une anisotropie des propriétés du monocristal, c’est-à-dire que les propriétés considérées prennent des valeurs différentes suivant l’orientation cristalline. Dans un agrégat polycristallin, cette anisotropie élémentaire s’atténue ou disparaît par suite des orientations réparties au hasard des cristaux constitutifs, ce qui correspond à une pseudo-isotropie par compensation. Néanmoins, par déformation plastique, l’ensemble polycristallin peut présenter une texture de déformation (texture de laminage, emboutissage, etc.), d’où des orientations privilégiées et de ce fait une anisotropie des propriétés. D’autres informations pour les traitements thermiques sont recherchées à l’échelle des cristaux sur la présence et la répartition des constituants. De même, toute élaboration d’alliage par fonderie à partir de l’état liquide ou par métallurgie des poudres à partir de l’état solide ou partiellement solide doit être contrôlée par l’examen des structures micrographiques.

• À l’échelle des pièces, la mesure des caractéristiques physiques et mécaniques constitue la base des contrôles de fabrication avant la mise en service des pièces, par des essais non destructifs (radiographie, examen aux ultrasons, dureté, etc.), par prélèvement d’éprouvettes d’essais (pliage, traction, conductibilité électrique, etc.) ou d’échantillons pour examen micrographique. Sur des pièces usées, détériorées ou rompues, les différents examens métallographiques d’expertise renseignent sur les processus qui ont conduit à ces dégâts et sur les causes mêmes de ces accidents : nature de l’alliage, traitement, formes et conditions de sollicitations, milieu extérieur, température. Ainsi, sur une pièce rompue, la. fractographie, ou examen des cassures, combinée à l’examen micrographique de fissures (intercristallines ou intracristallines) permet de cerner les causes de cette rupture : rupture fragile, décohésion intercristalline, rupture avec déformation plastique, rupture par fissuration progressive de fatigue, fissuration intergranulaire de corrosion, fissuration par propagation d’oxydation interne aux joints de grains, etc.


Examens et essais métallographiques

La grande variété de méthodes d’essais dont dispose le métallographe peut se répartir en différentes catégories :
— examens et essais physico-chimiques : micrographie au microscope optique ou électronique, macrographie ; thermogravimétrie ;
— essais physiques : dilatométrie, magnétométrie, conductibilité électrique, pouvoir thermo-électrique pour l’étude des transformations à l’état solide et l’analyse thermique permettant de déterminer les courbes du liquidus et du solidus en vue d’établir des diagrammes d’équilibre de phases des alliages ; pour l’étude des structures cristallines et la répartition très localisée de constituants, on utilise les techniques de la radiocristallographie par diffraction de rayons X, la diffusion de rayons X et l’analyse à la microsonde électronique ;
— essais chimiques : analyse chimique pour la détermination qualitative et quantitative des éléments, essais de tenue à la corrosion de certains milieux ;
— essais mécaniques ou de comportement à certaines déformations ou efforts : traction, flexion, compression, cisaillage, emboutissage, torsion, dureté, choc, élasticité, amortissement, fatigue, fluage, etc. ;
— essais non destructifs qui permettent des examens et des mesures directement sur les pièces pour détecter soit des défauts internes de structure, soit des modifications géométriques, ou encore des variations globales ou locales de propriétés physiques : examen aux ultrasons, radiographie, gammagraphie, magnétoscopie, mesures inductives, ressuage.


Métallographie microscopique ou micrographie

Cette technique permet l’étude de la microstructure par l’examen au microscope optique par réflexion de surfaces convenablement préparées. Les opérations s’effectuent successivement en trois stades.


Préparation de la surface

L’échantillon à examiner est découpé soigneusement pour obtenir une surface plane et enrobé dans une matière plastique (type urée-formol ou matière méthacrylique polymérisée à chaud, ou résine polymérisable à température ambiante) permettant ultérieurement une manipulation facile. Cette surface subit un polissage mécanique par l’action progressive d’abord de papiers recouverts d’émeri de grosseurs de grains décroissantes, puis de disques de drap imprégnés de poudres abrasives fines (alumine, magnésie, oxyde de chrome, pâte de diamant). Soigné, ce polissage doit aboutir à une surface de poli spéculaire ne présentant plus aucune rayure de polissage et ne modifiant pas, ou modifiant le moins possible, la structure superficielle de l’alliage. Pour les métaux dont le polissage mécanique pourrait perturber la structure superficielle, on utilise la préparation par polissage électrolytique mise au point par P. Jacquet en 1940. L’échantillon, qui a subi un polissage grossier au papier abrasif, est immergé en anode dans une solution électrolytique appropriée, généralement à base d’acide perchlorique et d’anhydride acétique, pendant quelques minutes sous une densité de courant de 2 à 4 A/dm2. Par dissolution anodique préférentielle sur les crêtes des aspérités et rayures, la surface se nivelle avec une attaque des constituants pour certains alliages (polissage-attaque).