La microstructure correspond aux structures matérielles observées au niveau micro. Plus précisément, les structures d’un objet, d’un organisme ou d’un matériau révélées par un microscope à des grossissements supérieurs à 25 fois. En général, la microstructure comprend les défauts, les impuretés, les grains et les limites de grains. Les microstructures déterminent les propriétés mécaniques, physiques et chimiques des matériaux. Par exemple, la résistance et la dureté des matériaux sont déterminées par le nombre de phases et la taille des grains.
La microstructure peut être observée à l’aide de diverses techniques de microscopie. Les propriétés microstructurales d’un matériau donné peuvent varier considérablement lorsqu’elles sont observées à différentes échelles de longueur. Il est donc très important de prendre en compte l’échelle de longueur des observations que vous effectuez lorsque vous décrivez la microstructure d’un matériau.
Les propriétés électriques et magnétiques, ainsi que le comportement chimique (corrosion), sont déterminés par la taille des grains et les défauts (tels que les vides, les dislocations, les joints de grains) présents dans le matériau. Par conséquent, le comportement d’un tel matériau multiphasé est déterminé par les propriétés des phases individuelles et la manière dont ces phases interagissent. En règle générale, les propriétés mécaniques des matériaux d’ingénierie, telles que la ductilité, la résistance, la résistance au fluage et à la fatigue, sont déterminées par leur microstructure à différentes échelles géométriques.
Microstructure Il est courant d’examiner la microstructure d’un composant défectueux. Il s’agit d’une technique visuelle qui ne permet qu’une évaluation qualitative. Un morceau de la surface fracturée, appelé macro, est monté avec du plastique et poli pour obtenir une surface plane et fine. La surface est examinée au microscope optique à un grossissement de ×100 et ×200 et des observations sont effectuées sur l'état de la microstructure du matériau. Les microstructures varient considérablement en fonction des spécifications du matériau et du traitement thermique. Pour les aciers au carbone, la ferrite et la perlite confèrent souvent des propriétés souhaitables telles que la résistance à la traction et la ténacité, tandis que la cémentite et la martensite rendent un matériau dur et cassant. À des grossissements plus faibles, la surface de fracture d'un composant défaillant peut présenter des cicatrices caractéristiques en forme de croissant qui témoignent du fonctionnement d'un mécanisme de fatigue.
En d’autres termes, la microstructure fait référence à la taille et à la disposition des cristaux ainsi qu’à la quantité et à la répartition des impuretés dans le matériau. L'échelle de ces caractéristiques est généralement de 1 à 100 μm. La microstructure détermine de nombreuses propriétés des métaux et des céramiques.
Lorsqu'on parle de structures en science et ingénierie des matériaux, on fait presque toujours référence à la microstructure des matériaux. Différentes conditions de traitement conduisent à différentes microstructures et donc à des changements de propriétés. Une microstructure peut contenir une grande variété de caractéristiques structurelles, telles que des phases avec des compositions ou des structures cristallines différentes, des grains avec des orientations différentes, des domaines avec des variantes structurelles différentes, des domaines avec des polarisations électriques ou magnétiques différentes, ainsi que des défauts structurels tels que des limites d'interphase, des limites de grains, des parois de domaine, des fissures, des surfaces et des dislocations.
L’un des objectifs fondamentaux de la conception des matériaux est de capturer les microstructures optimales avec les propriétés les plus souhaitées lors du traitement et de figer leur évolution lors des applications.
La microstructure ne peut être évaluée que par microscopie (stéréomicroscope, microscope optique utilisant la lumière réfléchie, microscope numérique ou microscope électronique à balayage et à transmission). En règle générale, la taille des éléments observés varie de quelques millimètres à quelques microns, voire quelques nanomètres. Les observations microstructurales sont utilisées dans un large éventail de recherches, notamment la détermination de la taille des grains, le contrôle des défauts, la préparation des cibles en microélectronique et tous les types d'analyses de soudures et de défaillances.
Par exemple, l’analyse microscopique peut être utilisée pour évaluer les propriétés et les dommages pendant les étapes de conception et de traitement du métal. Les éléments structurels qui peuvent être évalués à l’aide d’une microscopie optique ou électronique comprennent :
L'évaluation est basée sur les critères suivants :
Sur la base de toutes ces informations, il est possible de créer une description complète de la microstructure et de tirer des conclusions sur ses propriétés potentielles.
Les matériaux utilisés dans les applications pratiques d’aujourd’hui sont des mélanges de divers éléments chimiques, souvent appelés alliages. Par exemple, l’acier et la fonte sont des alliages basés principalement sur des ajouts d’alliage de fer et de carbone, qui sont responsables de la dureté du matériau ferreux. L'analyse microstructurale fournit des conclusions sur les propriétés de l'alliage, notamment sa résistance, sa dureté et sa ductilité.
L'analyse de la microstructure permet d'analyser la structure et la composition des matériaux à un niveau microscopique. Ces informations sont importantes pour comprendre les propriétés des matériaux et développer de nouveaux matériaux. L'analyse de la microstructure est une partie importante de la science des matériaux et de la méthode analytique en métallographie. Il fait partie des essais destructifs de matériaux pour l'analyse quantitative et qualitative des propriétés des matériaux.
Il existe des différences entre les analyses de microstructure quantitatives et qualitatives :
L'analyse de la microstructure est réalisée sur un grand nombre de matériaux, notamment ceux présentant une structure microscopique qui affecte leurs propriétés mécaniques, thermiques ou électriques. Les matériaux typiques sont les métaux et alliages métalliques, les céramiques, les verres, les polymères et les matériaux composites.
La microstructure fait référence à la structure interne et à la composition des matériaux. La microstructure d’un matériau fournit donc des informations sur la disposition microscopique de ses constituants. Les composants microstructuraux individuels sont séparés les uns des autres par des limites de grains et de phases. Cette disposition affecte les propriétés mécaniques, thermiques et électriques d’un matériau. Quel que soit le matériau, les microstructures décrivent la disposition et l’organisation des composants au niveau visible et microscopique.
Les propriétés de la microstructure sont directement liées aux propriétés mécaniques et techniques des matériaux. Cela signifie, par exemple, qu'ils ont un impact significatif sur la résistance et la ductilité, c'est-à-dire sur l'ouvrabilité du matériau : les petites tailles de grains entraînent une résistance plus élevée, tandis que les grandes tailles de grains entraînent une plus grande ductilité. Cependant, ces fonctionnalités peuvent être modifiées. Les influences externes telles que la corrosion, les processus de traitement thermique et les effets mécaniques tels que le forgeage, le pliage ou le laminage ont un impact sur la microstructure.
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