Métallographie

Microstructure d'un bronze avec une structure dendritique

La métallographie est la technique consistant à déterminer la structure d'un métal en l'observant avec un microscope optique. On peut déterminer ainsi, selon les cas :

• la taille et la forme des cristallites (ou grains) ;
• la répartition des phases ;
• la direction des lignes de glissement (intersection des plans de glissement avec la surface), dans le cas d'un échantillon déformé (voir les articles sur la déformation plastique et la dislocation).

L'observation simple d'un objet métallique ne donne pas de renseignement particulier hormis l'état de surface (aspérités, fissures).

Méthode de préparation

Pour avoir des informations sur la microstructure, il faut généralement une soigneuse préparation qui comporte plusieurs étape.

Débitage

Vu que ce contrôle est destructif il peut être effectué soit sur une pièce de mise au point, soit sur des pièces dites « de dissection ». L'objet doit être découpé, afin que l'on puisse le mettre en place sur le microscope, mais aussi pour observer la structure d'un endroit voulu.

Toutefois, il faut faire attention en ce qui concerne le sectionnement physique du métal à observer. En effet, comme un cristal peut être grossièrement assimilé à un polyèdre complexe, on conçoit que la forme et les dimensions d'un grain vu sur une micrographie dépendent de l'orientation relative du cristal et du plan de polissage.

Prépolissage et Polissage

On cherche généralement à observer des détails de l'ordre du micromètre (la limite physique due à la diffraction de la lumière étant d'environ 0,5 μm), il faut donc polir pour que les rayures soient plus petites. On utilise pour cela des papiers abrasifs de plus en plus fins, puis on utilise une pâte ou une solution contenant du diamants ou de l'alumine ; si les détails sont encore plus petits, on peut recourir à un polissage électrolytique.

Mise en évidence de la microstructure

En général l'on effectue une attaque pour révéler la structure, notamment les joints de grain. On utilise fréquemment des acides forts ou des procédés électrochimiques, dans des conditions telles que la réaction est plus rapide ou plus forte aux joints de grain (en raison de la tension superficielle). Pour révéler la structure, on peut aussi utiliser une oxydation anodique : si la couche d'oxyde croît de manière différente selon l'orientation cristalline, on peut facilement distinguer les différents cristallites. On utilise aussi parfois un choc thermique pour provoquer des fissures entre les grains (rupture intergranulaire) visibles au microscope.

Analyse et interprétation de la microstructure

Microscope métallographique avec caméra numérique reliée à un PC

Contrairement à la microscopie classique, l'échantillon n'est pas en couche mince au travers de laquelle les rayons lumineux peuvent passer, mais ces rayons, provenant de l'objectif même du microscope, sont réfléchis par la surface polie de l'échantillon à examiner, et traversent une seconde fois l'objectif dans l'autre sens pour pouvoir, ensuite, être observés par l'oculaire. De plus l'observation optique peut être suivie d'une observation au microscope électronique à balayage.

Le grossissement adopté pour ce type d'examen est généralement compris entre x100 et x200.

On peut utiliser des atlas métallographiques de référence pour caractériser la pièce à contrôler par rapport à des images types.

• 

  Alliage d'aluminium EN AC-AlSi7Mg0,6ST6. (grossissement 122x)

• 

  Piqure de corrosion d'un alliage d'aluminium de type 2000. (grossissement : 200x)

• 

  Micrographie d'une fonte à graphite sphéroïdal.

• 

  Macrographie d'un barreau de cuivre.

• 

  Macrographie d'un alliage de laiton.

• 

  Métallographie d'une décarburation de surface d'un acier.

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