Tronçonnage métallographique pour une coupe précise et sans déformation

Le tronçonnage métallographique constitue généralement la première étape du processus de préparation de l'échantillon métallographique. Dans la plupart des cas, il est nécessaire parce que la pièce ou le corps solide est trop grand pour les étapes suivantes de prépolissage et de polissage métallographique réalisées à l'échelle du laboratoire.

En fonction de la géométrie des pièces, de la dureté des matériaux et des techniques analytiques employées, différentes techniques de coupe et différents consommables sont utilisés.

QATM est un fabricant de premier plan de consommables de haute qualité, ainsi que d'une gamme de machines de tronçonnage métallographique innovantes, manuelles ou automatiques. Les experts en applications de QATM cumulent des décennies d'expérience avec des milliers d'échantillons matérialographiques traités et seront heureux de vous aider dans votre application.

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QATM propose des machines de tronçonnage métallographique pour toutes les applications

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Échantillonnage pour l'analyse métallographique

Les méthodes typiques d'échantillonnage des matériaux pour l'analyse microscopique sont :

Microtomie (courante pour les polymères et les métaux très tendres, ne peut être utilisée que pour des coupes fines)
Sciage à l'aide de scies à ruban (méthode peu coûteuse avec de faibles qualités de surface)
Découpe abrasive par voie humide

L'industrie et les universités préfèrent généralement le tronçonnage abrasif sous eau de par son très faible impact sur la structure du matériau comparé à d'autres méthodes. Dans le domaine de l'échantillonnage métallographique, cela signifie généralement la segmentation mécanique des composants à examiner.
A cette fin, on utilise des meules de tronçonnage de différentes épaisseurs, structures et liants sur une machine de tronçonnage appropriée, ils sont constitués d’une résine synthétique ou d’un liant caoutchouc d'une certaine dureté dans laquelle on intègre des grains d'oxyde d'aluminium ou de carbure de silicium d'une certaine taille de grain.

Échantillonnage pour l'analyse métallographique

Les recommandations suivantes doivent être appliquées au processus de tronçonnage en métallographie :

Tronçonnage par découpe abrasive sous eau avec un refroidissement suffisant et une vitesse de rotation de la meule adaptée à l'application. Dans le cas contraire, la déformation de la surface est si importante qu'elle ne peut être corrigée sans de longues étapes de polissage.
Un refroidissement optimal est indispensable pour l'évaluation. Une surface trop chauffée donne lieu à des erreurs - des artefacts simulent un résultat erroné.
Un additif anticorrosion adapté doit être ajouté au liquide de refroidissement, pour éviter un risque d'oxydation de la surface. Il est également important de protéger l'intérieur de la machine.
La taille et la conception de la tronçonneuse dépendent de la taille de l'échantillon - le critère principal est ce que l'on appelle la capacité de coupe.

Machines de tronçonnage métallographique

Dans la préparation d'échantillons métallographiques, les machines de tronçonnage abrasives sont principalement utilisées pour le tronçonnage des pièces. Un refroidissement optimal est tout aussi important pour le résultat de la découpe qu'un mouvement précis. Les moyens de refroidissement courants consistent en un mélange d'un agent de protection contre la corrosion exempt d'acide borique et d'acide aminé avec de l'eau. Un concentré approprié est dilué dans l'eau dans un rapport de 1:30 par exemple. Les instructions du fabricant doivent être scrupuleusement respectées. La propreté (généralement la priorité absolue dans la préparation d'échantillons métallographiques) doit être assurée à l'intérieur de la chambre ainsi que dans le système d'évacuation - cela influence la précision et la durée de vie de la machine.

Les différentes techniques de coupe métallographique

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Coupe transversale

Deux versions sont possibles dans ce cas :

La table se déplace vers le disque de coupe fixe manuellement ou automatiquement.
Le disque de coupe se déplace vers la table

Déplacement transversal

La pièce à couper est correctement bridé sur la table rainurée. Le disque de coupe est ensuite guidé manuellement ou automatiquement de haut en bas dans la pièce fixée.

COUPE X ETAGEE

La pièce n'est pas coupée en une seule étape de coupe, mais par couches (par étapes). Ce type de coupe est particulièrement adapté pour couper les grandes pièces épaisses de matériaux durs.

COUPE Y ETAGEE

La pièce n'est pas coupée en une seule étape de coupe, mais en couches (par étapes). Ce type de coupe est particulièrement adéquate pour couper les grandes pièces épaisses de matériaux durs qui doivent être serrées sur le bord (plaques, cornières, etc.).

Coupe en diagonale

Lors d’une coupe en diagonale, la table se déplace en arrière (axe X) et le disque de coupe se déplace vers le bas (axe Y) en même temps. Ce type de coupe est particulièrement adapté pour couper des pièces asymétriques, ou pour compenser l'usure du disque de coupe afin d'obtenir une profondeur de coupe constante.

Coupe en Zig-Zag

La pièce n'est pas coupée en une seule étape de coupe, mais en couches (par étapes). La coupe en zigzag est faite au milieu de l’échantillon.

Coupe Care Cut

Lors de la coupe manuelle, la table de serrage (axe X) se déplace d'avant en arrière jusqu'à ce que la coupe soit terminée. Ce type de coupe est particulièrement adapté aux pièces qui exigent des bords de coupe nets et un traitement respectueux du matériau (température, déformation) cela permet de réduire la surface de contact.

Coupe rotative

Ce processus est le plus souvent utilisé sur les machines de tronçonnage de précision. Il peut également être utilisé pour les grandes pièces avec des porte-échantillons rotatifs correspondants. L'échantillon tourne dans le sens horaire ou antihoraire vers le disque de coupe. Des quarts ou demi-tours sont également possibles. Pour une pièce circulaire de diamètre de 50 mm, seule une distance de coupe de 25 mm est nécessaire.

La zone entre la pièce coupée et la meule doit être aussi réduite que possible.

Large zone de contact

Petite zone de contact

Comment choisir un disque de coupe adapté

En règle générale, les principes suivants permettent de choisir le bon matériau :

Pour les matériaux durs, il est recommandé d'utiliser un liant souple
Pour les matériaux moyennement durs, un liant moyennement dur est le mieux adapté
Pour les matériaux mous, il convient d'utiliser un liant dur.

La plupart des fabricants indiquent une date de fabrication ou de péremption. Cette date doit être respectée car les liants sont hygroscopiques, c'est-à-dire qu'ils absorbent l'eau. La présence d'eau dans le liant peut entraîner une fragilisation du matériau après quelques mois ou années. Dans ce cas, la meule est encore utilisable, mais l'usure et le risque de rupture sont nettement plus élevés. Pour les matériaux très ductiles, tels que le titane ou les matières plastiques, on utilise généralement des meules dont le grain abrasif est en carbure de silicium (également lié à la résine). Le diamant est utilisé pour le tronçonnage de matériaux très durs (céramiques, plastiques renforcés de fibres de verre, minéraux, verre, etc.) Dans ce cas, il existe deux principaux types de liants : les liants métalliques, où les diamants sont généralement noyés dans un liant en bronze, et les liants à base de résine synthétique. Ces derniers sont particulièrement adaptés aux matériaux très fragiles. Par rapport aux lames de scie, les meules de tronçonnage génèrent des surfaces plus lisses et moins déformées, ainsi que des cassures aux points d'entrée et de sortie. Cela réduit fortement l'épaisseur de la couche de déformation, qui doit être éliminée par polissage métallographique.

Consommables pour la coupe matérialographique

Matériaux des meules de coupe en métallographie

L'usure (résistance à l'abrasion), la durée de vie et la performance de coupe sont des facteurs de qualité importants. Les agents abrasifs (oxyde d'aluminium, carbure de silicium, diamant, nitrure de bore cubique (CBN), etc.) et le liant (métal, résine synthétique ou caoutchouc) sont des caractéristiques de composition. Les tendances suivantes peuvent être prises en compte pour choisir le matériau approprié à une application spécifique :

Oxyde d'aluminium (Al₂O₃) avec liant en résine synthétique pour tous les aciers. En fonction de la dureté, des liants optimisés sont utilisés.
Le carbure de silicium (SiC) pour les métaux non ferreux tendres et moyennement durs ainsi que pour les matériaux non métalliques durs (verre, pierre).
Diamant (C) pour les matériaux céramiques durs, les composites céramiques et les matériaux géologiques (roches).
Nitrure de bore (CBN) pour les alliages durs et résistants à base de cobalt et de nickel, les métaux durs, les matériaux composites durs et les aciers au carbone durs à très durs.

Taille du grain des abrasifs

La taille du grain d’abrasif dans le disque de tronçonnage est un aspect qui ne doit pas être négligé lors de la découpe des échantillons matérialographiques. Elle doit être comprise entre 45 et 180 µm. Cela permet d'obtenir une surface de coupe optimale, ce pour faciliter la préparation ultérieure, à condition que tous les paramètres soient respectés. Une granulométrie très fine est recommandée lors de l'utilisation des disques de tronçonnage fins. Elle est également importante si l’on souhaite une coupe sans bavures. Le degré de dureté d'un disque à tronçonner ne donne pas d’informations sur la dureté des grains abrasifs, mais plutôt sur la dureté du liant, à savoir sur la résistance du grain abrasif individuel à la rupture du matériau de liaison.

Une liaison plus souple doit être utilisée dans le cas d’une large surface de contact entre la pièce et la meule de tronçonnage. Cela garantit également que les grains d’abrasifs usés sont éclatés. Ce type de disque de coupe est également bien adapté aux matériaux sensibles à la chaleur.
Dans le cas des surfaces de contact plus réduites, un disque de tronçonnage plus dure et plus stable peut convenir. Ils sont également utilisés pour couper des tubes et des profiles. L'avantage de ce type de disque de coupe est qu'il a moins de contact avec la pièce puisque l’épaisseur est généralement petite.

Erreurs typiques dans le tronçonnage métallographique

Des outils et des paramètres correctement sélectionnés permettent d'obtenir des arêtes de ce type :

Pour les matériaux solides, les bords arrondis indiquent le résultat souhaité.

Les coins à bords acérés indiquent une meule correctement sélectionnée pour les matériaux solides ou profilés ainsi que pour les tubes d’épaisseur moyenne.

Les coins concaves sont le résultat prévu lors de la coupe de tubes et de sections minces.

Des outils ou des paramètres mal sélectionnés produisent les formes d'arêtes suivantes :

Si les arêtes sont tranchantes, on a utilisé une meule trop dure. L'effet conique peut provoquer la rupture de la meule et des marques de brûlure.

Les bords biseautés indiquent un refroidissement incorrect ou insuffisant. Cela peut provoquer un écart latéral du disque de coupe et raccourcir sa durée de vie.

Des coins vitrés se forment si les grains abrasifs ne sont pas éclatés et le disque peut se colmater. En plus d'une meule incorrectement sélectionnée, une vitesse d’alimentation trop lente ou une vitesse de rotation insuffisante peuvent également en être la cause.

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QATM propose une large gamme de machines innovantes pour la découpe métallographique, des machines manuelles aux systèmes entièrement automatisés. Les consommables QATM qui l'accompagnent sont soigneusement testés et sélectionnés pour une interaction parfaite avec nos machines. Contactez-nous pour une consultation, un devis ou pour parler à l'un de nos spécialistes des applications !

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