A machine de découpe métallographique est la première et la plus importante étape de la préparation des échantillons : une mauvaise coupe introduit une déformation, des dommages causés par la chaleur ou des bavures qu'aucun polissage ne peut éliminer complètement par la suite. La différence entre une section transversale utilisable et un échantillon ruiné se résume généralement à trois facteurs contrôlables : le choix de la lame, la vitesse de coupe et l'administration du liquide de refroidissement.
Pourquoi la qualité de coupe détermine le résultat de l'ensemble du processus de préparation des échantillons
La coupe métallographique est fondamentalement différente de la découpe grossière : le but est d'enlever de la matière avec une déformation mécanique minimale et un apport thermique minimal, car les deux peuvent altérer la microstructure étudiée. Une coupe qui introduit une couche de déformation plus profonde que celle que les étapes ultérieures de meulage et de polissage peuvent éliminer laissera des artefacts visibles au microscope, conduisant à des conclusions trompeuses sur la structure des grains, la dureté ou la répartition des phases.
C'est pourquoi machine de découpe métallographiques sont construits autour de meules à tronçonner abrasives plutôt que de scies à friction ou de scies à ruban — la coupe abrasive enlève la matière grâce à une action de meulage à grande vitesse qui, lorsqu'elle est correctement contrôlée, produit une surface lisse et à faible déformation nécessitant moins de meulage ultérieur pour atteindre la zone d'intérêt.
Adaptation du type de disque de coupe à la dureté du matériau
Les meules à tronçonner abrasives sont généralement classées en fonction de leur grain abrasif (oxyde d'aluminium ou carbure de silicium) et de la dureté de leur liaison. La règle générale est contre-intuitive pour de nombreux nouveaux arrivants : les matériaux plus durs nécessitent des roues à liaison plus souple , car un liant plus doux libère plus rapidement les grains abrasifs ternes, exposant continuellement des grains frais et pointus plutôt que de laisser la meule se glacer et générer un excès de chaleur.
| Matériel | Type abrasif | Dureté de liaison |
|---|---|---|
| Non ferreux doux (Al, Cu, laiton) | Carbure de silicium (SiC) | Lien dur |
| Acier doux et à faible teneur en carbone | Oxyde d'aluminium (Al2O3) | Liaison moyenne |
| Acier trempé, acier à outils | Oxyde d'aluminium (Al2O3) | Liaison douce |
| Céramiques, composites | Diamant ou CBN | Liant résine ou métal |
Pour les matériaux très durs ou cassants tels que les carbures frittés, la céramique et les composants électroniques, des meules en diamant ou en CBN (nitrure de bore cubique) sont nécessaires, car les meules classiques en oxyde d'aluminium ou en carbure de silicium s'usent trop rapidement et génèrent une chaleur excessive.
Vitesse de coupe, vitesse d'avance et leur rôle dans la génération de chaleur
La plupart des fraises métallographiques de laboratoire fonctionnent à des vitesses de roue comprises entre 1 500 à 5 000 tr/min , avec la vitesse optimale en fonction du diamètre de la roue et du matériau. Un diamètre de roue plus grand nécessite généralement un régime plus faible pour maintenir la même vitesse de coupe périphérique, qui est le paramètre qui régit réellement l'action de coupe et la génération de chaleur.
- Des vitesses d'avance plus élevées réduisent le temps de coupe total mais augmentent le risque de surchauffe et de brûlure localisées, en particulier sur les matériaux sensibles à la chaleur.
- Des vitesses d'avance plus faibles produisent une coupe plus nette avec moins de déformation mais prolongent le temps de cycle et peuvent augmenter l'usure de la meule si une vitesse trop lente provoque un vitrage.
- Le contrôle automatique de l'avance, disponible sur la plupart des machines de découpe de précision, maintient une force constante sur la meule quelle que soit l'intervention de l'opérateur, ce qui est important pour la reproductibilité sur plusieurs échantillons.
- Les modes de coupe pulsés ou oscillants réduisent l'accumulation continue de chaleur pour les alliages sensibles à la chaleur, en rétractant brièvement la meule à intervalles pour permettre au liquide de refroidissement de rincer la zone de coupe.
Systèmes de distribution de liquide de refroidissement et pourquoi le débit est aussi important que le type de liquide de refroidissement
Le liquide de refroidissement sert à deux fins dans la découpe métallographique : éliminer la chaleur de la zone de coupe et éliminer les débris abrasifs qui autrement obstrueraient la meule et réduiraient l'efficacité de la coupe. Les liquides de refroidissement solubles dans l'eau avec inhibiteurs de corrosion sont standard pour les matériaux ferreux, tandis que les liquides de refroidissement spécialisés sont utilisés pour les matériaux sensibles à l'exposition à l'eau, tels que les alliages de magnésium, qui peuvent réagir avec les fluides à base d'eau.
Le débit et le positionnement des buses sont souvent des facteurs sous-estimés. Un flux de liquide de refroidissement qui ne cible pas directement l'interface meule-pièce offre un avantage de refroidissement minimal, quel que soit le volume total. La plupart des fraises de précision utilisent des buses doubles positionnées de chaque côté de la meule pour assurer une couverture tout au long de la coupe, en particulier lorsque la meule progresse plus profondément dans des échantillons plus épais.
Échantillon de serrage et de fixation pour des coupes cohérentes et reproductibles
Un serrage incohérent est une source courante mais négligée de défauts de coupe. Un échantillon qui se déplace, même légèrement, pendant la coupe peut provoquer une déviation de la meule, conduisant à une surface de coupe ondulée ou inclinée qui complique le montage et le meulage. Les pinces de type étau avec inserts de mâchoire réglables s'adaptent aux formes irrégulières, tandis que les fixations à bloc en V sont préférées pour les échantillons cylindriques comme les sections transversales de tiges ou de tubes afin d'empêcher la rotation sous la force de coupe.
Pour les échantillons petits ou fragiles (tôles fines, fils ou céramiques fragiles), des supports secondaires ou un matériau de support sacrificiel sont souvent utilisés pour empêcher l'échantillon de se fissurer ou d'être éjecté de la pince lorsque la meule sort de la coupe. La capacité de coupe maximale, généralement spécifiée comme le plus grand diamètre d'échantillon ou la plus grande section transversale qu'une machine peut accueillir, doit être vérifiée par rapport aux tailles d'échantillon typiques, car son dépassement force plusieurs coupes de repositionnement qui augmentent le risque de désalignement entre les surfaces coupées.
