Comment l’analyse métallographique confirme-t-elle les propriétés du matériau après usinage ?
L’analyse métallographique constitue un outil essentiel et définitif d’assurance qualité, fournissant des preuves visuelles et quantitatives de l’état interne d’un matériau après usinage, en corrélant directement sa microstructure à ses propriétés macroscopiques. C’est la méthode principale permettant de vérifier que les procédés d’usinage et de traitement thermique ultérieurs ont produit l’état métallurgique souhaité sans introduire d’anomalies nuisibles.
Processus métallographique : de l’échantillon au microscope
Le processus débute par la découpe d’un échantillon représentatif, soit à partir d’un témoin, soit, pour les applications critiques, directement dans le composant réel. Cet échantillon est ensuite soigneusement enrobé, meulé, poli et attaqué chimiquement afin de révéler sa microstructure. Lorsqu’il est observé au microscope optique ou électronique à balayage (MEB), l’échantillon ainsi préparé fournit une multitude de données confirmant les propriétés du matériau après usinage.
Principales propriétés confirmées par l’analyse métallographique
1. Vérification de la réponse au traitement thermique
Pour un superalliage tel que l’Inconel 718, l’objectif principal du traitement thermique post-usinage est d’obtenir une microstructure spécifique garantissant la résistance mécanique et la tenue au fluage. L’analyse métallographique permet de confirmer :
La formation et la distribution des précipités : Elle confirme visuellement la dispersion uniforme des précipités de durcissement gamma double prime (γ’’). Leur taille, leur morphologie et leur densité influencent directement la limite d’élasticité du matériau.
La taille et la structure des grains : Une structure granulaire uniforme et équiaxe est généralement recherchée. L’analyse mesure la taille de grain selon la norme ASTM, corrélée directement à la résistance et à la ténacité : un grain plus fin confère généralement une résistance et une durabilité en fatigue supérieures.
La présence de phases indésirables : L’analyse peut détecter la formation de phases fragiles non souhaitées, telles que la phase delta (δ) dans l’Inconel 718, qui peut apparaître si le cycle thermique est incorrect, rendant le matériau cassant.
2. Évaluation des dommages d’usinage et de l’intégrité de surface
Un usinage inapproprié peut altérer gravement le matériau proche de la surface. Les coupes métallographiques effectuées en section sur les arêtes permettent d’identifier :
La déformation plastique et la « couche blanche » : Une zone blanche, sans structure visible au microscope, indique une déformation plastique sévère et une altération microstructurale causées par une surchauffe ou un frottement excessif durant l’usinage. Cette couche est souvent dure, fragile et soumise à de fortes contraintes de traction, constituant un point d’initiation de fissure en fatigue.
Les microfissures : L’analyse peut révéler de fines fissures émanant de la surface, fatales pour la durée de vie en fatigue et la résistance à la corrosion sous contrainte.
La profondeur d’écrouissage : L’examen de l’échantillon attaqué permet de mesurer la profondeur de la zone plastiquement déformée et écrouie, confirmant si les paramètres d’usinage étaient conformes aux limites acceptables.
3. Évaluation de la qualité interne du matériau
L’analyse métallographique permet également de vérifier la qualité intrinsèque du matériau de base, afin de s’assurer de l’absence de défauts susceptibles de compromettre les performances :
Les inclusions : Elle identifie et classe les inclusions non métalliques (sulfures, oxydes, etc.) selon des normes telles que l’ASTM E45. Des inclusions excessives agissent comme concentrateurs de contraintes et points d’amorçage de rupture.
La porosité et les vides : Toute porosité interne provenant du matériau d’origine ou générée durant le procédé est clairement visible.
La ségrégation chimique : Elle met en évidence les zones de ségrégation dans la microstructure, entraînant des propriétés mécaniques non homogènes.
De la microstructure à la performance macroscopique : la corrélation
La puissance de l’analyse métallographique réside dans cette corrélation directe. Par exemple, un composant destiné à l’aéronautique et à l’aviation doit présenter une durée de vie en fatigue exceptionnelle. Le rapport métallographique en apporte la preuve :
Une taille de grain fine et uniforme, sans « couche blanche » ni microfissures → confirme une haute résistance à la fatigue.
Une distribution correcte des précipités γ’’ et l’absence de phase δ → confirment une excellente résistance à la traction et au fluage.
Un matériau propre, avec un minimum d’inclusions → confirme une grande ténacité à la rupture.
En résumé, l’analyse métallographique ne se limite pas à une simple observation microscopique ; elle fournit la preuve empirique fondamentale que l’interaction complexe entre l’usinage CNC et les traitements thermiques subséquents a abouti à un composant dont l’architecture interne garantit les performances et la fiabilité requises.
