métallographie
métallographie, étude de la structure cristalline des métaux et des alliages, ainsi que des relations entre cette structure microscopique et les propriétés physiques, chimiques et mécaniques des matériaux métalliques. Cette discipline cherche notamment à comprendre comment la disposition des grains, des phases et des défauts internes influence la dureté, la résistance, la ductilité, la ténacité ou encore la résistance à la corrosion des métaux.
Les principaux outils utilisés en métallographie sont le microscope optique, le microscope électronique et le générateur de rayons X. L'observation au microscope, d'échantillons convenablement préparés, permet de déterminer la taille, la forme, la structure et l'orientation des cristaux du métal. Grâce à de telles observations, les métallurgistes peuvent fréquemment identifier un métal ou un alliage, découvrir d'éventuelles impuretés, détecter des fissures microscopiques ou vérifier l'efficacité des traitements thermiques comme la trempe, le recuit ou le revenu.
Les échantillons de métaux utilisés pour l'observation métallographique sont généralement parfaitement polis afin d'obtenir une surface très lisse, puis décapés au moyen d'acides dilués ou de réactifs chimiques adaptés. Ce traitement révèle la structure granulaire du métal en attaquant légèrement les zones situées aux frontières des grains, ou en mettant en évidence l'un des constituants d'un alliage. Chaque métal possède ainsi une apparence particulière qui permet d'en étudier la composition et l'histoire thermique.
Quand les métaux doivent être examinés sous fort grossissement, au microscope électronique, on fabrique souvent une réplique ou un moulage de très faible épaisseur, transparent aux électrons, de la surface décapée, car les masses métalliques ne transmettent pas les faisceaux d'électrons. On peut aussi préparer un échantillon extrêmement mince, appelé lame mince métallique. Dans ce cas, la microstructure observée correspond à une projection très détaillée de l'organisation interne du matériau.
Quand les rayons X traversent un échantillon de nature cristalline, des figures de diffraction apparaissent. L'interprétation de ces figures permet de déterminer la structure interne des cristaux, leur orientation et parfois la présence de contraintes résiduelles. Cette méthode est particulièrement utile pour l'étude des alliages complexes ou des matériaux ayant subi des transformations thermiques importantes.
La recherche métallographique a montré que, lorsqu'un métal est étiré, comprimé ou déformé d'une autre façon, de minuscules glissements se produisent entre les couches d'atomes qui forment le cristal. Ces déplacements permettent au métal de prendre une nouvelle forme, mais augmentent également sa dureté et sa résistance. Si le métal est ensuite chauffé après déformation, il se recristallise : les atomes se repositionnent alors pour former de nouveaux cristaux exempts de contraintes internes. Cela explique pourquoi les métaux deviennent plus cassants lorsqu'ils sont travaillés à froid et redeviennent plus malléables lorsqu'ils sont chauffés de nouveau.