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RÉSUMÉ
La connaissance et la quantification des microstructures avant et après les traitements thermiques, thermochimiques ou thermomécaniques est indispensable à la maitrise des propriétés d’emploi des alliages métalliques. Le présent article détaille les possibilités de quantification surfacique et volumique des microstructures et leurs problématiques spécifiques. Il détaille les solutions normalisées et les pratiques courantes, ainsi que les techniques les plus récentes de métallographie quantitative en deux et en trois dimensions. Parmi ces dernières, figurent la micro-tomographie rayons X et la micro-tomographie par couche, ainsi que les approches mathématiques de type méthode de Saltykov.
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-
Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS - Agrégé en Mécanique, Saint-Louis, France
INTRODUCTION
D’une manière générale, la transformation, par corroyage, et par traitements thermiques et thermochimiques, des alliages métalliques détermine leurs propriétés d’emploi. La connaissance et la quantification des microstructures avant et après les traitements thermiques, thermochimiques ou thermomécaniques, est indispensable à la maîtrise de leurs effets et au pilotage de leur process.
Ces traitements reposent sur deux types de données dont les méthodes de mesure les plus courantes sont :
-
l’analyse des points de transformation physico-chimique (analyses thermique, dilatométrique et magnétique), qui fait l’objet de l’article [M 90] ;
-
l’analyse des microstructures (ou topographie des constituants : quantité, forme, dispersion des phases) par microscopie optique ou électronique et techniques associées, qui fait l’objet de l’article [M 91].
Le présent article détaille les possibilités de quantification surfacique et volumique des microstructures, les problématiques spécifiques et les solutions normalisées. L’application de ces techniques débouche sur les connaissances métallographiques permettant d’optimiser le choix des matériaux, ainsi que leurs traitements, ce qui est crucial pour maximiser l’efficacité du triptyque produit-procédé-matériau, et, finalement, l’adéquation du produit, du point de vue tant technico-économique qu’environnemental.
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2. Mesure dans le plan
2.1 Normes
Les principales normes concernant la mesure de la taille des grains dans les alliages métalliques sont ISO 643 et ASTM E112-24, cette dernière étant spécifique aux États-Unis. La norme ISO 14250 permet de quantifier la dimension d’un grain duplex et la norme ISO 4967 est destinée à l’identification et à la quantification des inclusions.
HAUT DE PAGE2.1.1 Mesure de la taille des grains des alliages métalliques
Les grains sont des monocristaux d’alliages métalliques : cela exclut, en principe, les zones eutectoïdes ou eutectiques des alliages, bien que le terme « grain de perlite » soit couramment utilisé.
Les principales méthodes de mesure de la taille des grains sont :
-
comparaison avec des images-types ;
-
méthode planimétrique ;
-
méthodes par interception de segments linéaires ou circulaires.
Elles sont détaillées dans la norme ISO 643, qui détermine aussi
l’indice caractéristique de la taille de grain. Ce dernier
est désigné par la lettre
et
est déterminé à partir du nombre
de
grains par millimètre carré, selon l’expression :
équivalente à :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Précis de Métallurgie. - AFNOR Nathan (2005).
-
(2) - BENMESSAOUD (F.) - Influence de la microstructure sur le comportement mécanique de l’alliage de titane Ti-6Al-V : étude expérimentale et modélisation numérique multi-échelle. - Thèse de doctorat, École des Mines d’Albi-Carmaux (2020).
-
(3) - ZHEMCHUZHNIKOVA (D.) - Influence of the extreme grain size reduction on plastic deformation instability in an AlMg and AlMgScZr alloys. - Thèse de doctorat, École doctorale C2MP Université de Lorraine (2018).
-
(4) - MATHON (B.), FURON (T.), AMSALEG (L.), BRINGER (J.) - Recherche approximative de plus proches voisins efficace et sûre. - GRETSI (2013).
-
(5) - NIST/SEMATECH - e-Handbook of Statistical Methods, - http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/ (2011)
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Aciers – Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente - NF EN ISO 643 - 2020
-
Test Methods for Determining Average Grain Size - ASTM E112-24 - 2024
-
Aciers – Caractérisation métallographique de la grosseur et de la distribution de grain duplex - ISO 14250 - 2000
-
Aciers – Détermination de la teneur en inclusions non métalliques – Méthode micrographique à l’aide d'images types - ISO 4967 - 2013
-
Produits sidérurgiques – Méthodes de détermination de la teneur en inclusions non métalliques des aciers corroyés – Partie II : méthode micrographique à l’aide d'images-types - NF A04-106 - 1984
-
Standard Test Method for Determining Nodularity And Nodule Count In Ductile Iron Using Image Analysis - ASTM E2567 - 2016
-
Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count - ASTM E562-19 - 2020
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Leica Microsystems : microscopie https://www.leica-microsystems.com/fr/
Olympus : microscopie https://www.evidentscientific.com/fr/
Zeiss : microscopie https://www.zeiss.com
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
1.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Metallography, Microstructure and Analysis https://www.springer.com
Traitements et matériaux http://traitementsetmateriaux.fr/
...
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