CONTROLE TRAITEMENT
THERMIQUE TREMPÉ

L’obtention d’une surface d’examen nécessite une succession d’opérations aussi importantes les unes que les autres quel que soit le matériau. Ces étapes sont dans l’ordre :
• Le prélèvement du produit à examiner (si nécessaire), appelé « TRONCONNAGE ».
• La standardisation de la géométrie de l’échantillon prélevé (si nécessaire), appelée « ENROBAGE ».
• L’amélioration de l’état de surface de cet échantillon, appelée « POLISSAGE ».
• La caractérisation de l’échantillon : révélation de la microstructure de l’échantillon par un réactif d’attaque (si nécessaire) appelée  ATTAQUE METALLOGRAPHIQUE » et l’observation microscopique (optique ou électronique).

=> Chacune de ces étapes doit être effectuée rigoureusement sous peine de rendre les étapes suivantes irréalisables.

Le tronçonnage a pour but de prélever une partie précise d’un produit, de manière à obtenir une surface d’examen convenable, sans altérer les propriétés physico-chimiques des aciers traités. En d’autres termes il est indispensable d’éviter un échauffement ou une déformation des aciers traités pouvant entraîner des modifications de structure. Le tronçonnage est une étape fondamentale qui conditionne la suite de la préparation et l’observation des pièces.

La large gamme de micro-tronçonneuse et tronçonneuses de moyenne et grande capacité PRESI permet de s’adapter à n’importe quel besoin en termes de précision de découpe, de dimensionnement ou de quantité de produits à découper :

Les figures 9 à 11, présentent différents bridages réalisés avec des brides Kopal, ou avec des étaux à serrage rapide.

Toutes les tronçonneuses sont employées avec un liquide de lubrification/refroidissement composé d’un mélange d’eau et d’additif antirouille dans le but d’obtenir une découpe propre et sans échauffement. L’additif permet également de protéger l’échantillon et la machine de la corrosion.

=> Le choix du type de meule de tronçonnage doit se faire judicieusement dans le but d’éviter d’éventuels refus de coupe, une usure trop importante ou encore une casse de la meule.

Les échantillons peuvent être difficiles à manipuler du fait de leur forme complexe, de leur fragilité ou de leur petite taille. L’enrobage facilite ainsi leur manipulation en standardisant leur géométrie et leurs dimensions.

=> Réaliser un enrobage de qualité est essentiel afin de protéger les matériaux fragiles mais égale- ment pour obtenir de bons résultats de préparation en vue du polissage et des futures analyses.

Avant toute opération d’enrobage, l’échantillon doit être ébavuré à l’aide par exemple, d’un papier abrasif (pour éliminer les éventuelles bavures de coupe) suivi d’un nettoyage à l’éthanol (dans un bac à ultrasons pour encore plus d’efficacité). Cette opération permet à la résine d’adhérer au mieux sur l’échantillon et ainsi limiter le phénomène de retrait (gap entre la résine et l’échantillon).

Si le phénomène de retrait persiste, il peut poser des problèmes lors du polissage. Si des grains d’abrasifs se coincent dans le retrait puis se libèrent lors d’une étape ultérieure, il y a un risque de pollution pour le support et l’échantillon. Dans ce cas, un nettoyage au bac à ultrasons entre chaque étape est recommandé.

Il existe deux procédés d’enrobages :

LE PROCÉDÉ À CHAUD est à privilégier pour des besoins d’examens de bords ou si la préparation métallographique est effectuée dans le but de réaliser des essais de dureté. Le procédé à chaud nécessite l’utilisation d’une enrobeuse à chaud.

• LE PROCÉDÉ À FROID est à privilégier quand :
• Les pièces à examiner sont fragiles / sensibles à la pression
• Les pièces présentent une géométrie complexe (structure en nid d’abeille).
• Le besoin est d’enrober un grand nombre de pièces en série.

Le procédé à froid peut être utilisé avec :

Les résines à froid laissent toujours un ménisque au dos de l’enrobage. Avant toute opération de polissage, il faut éliminer ce ménisque par une courte étape sur un papier abrasif. L’important est de s’assurer que cette petite rectification au dos de l’enrobage soit parallèle à la face où l’échantillon est à polir.

Afin de répondre aux besoins, PRESI propose toute une gamme de moules d’enrobage à froid. Ces moules d’enrobage sont de diamètre allant de Ø20mm à Ø50mm. Ces derniers sont répartis en plusieurs sortes : des moules optimisés appelés « KM2.0 », des moules en caoutchouc, en téflon ou bien en polyéthylène. L’enrobage à froid permet aussi plus de liberté, c’est pourquoi il existe des moules rectangulaires pour des besoins plus spécifiques.

La dernière phase incontournable et cruciale du processus de préparation d’un échantillon est le polissage. Le principe est simple, chaque étape utilise un abrasif plus fin que le précédent. L’objectif consiste à obtenir une surface plane et à éliminer les rayures et les défauts résiduels qui gêneraient la réalisation des examens de contrôles métallographiques tels que les analyses microscopiques, les essais de dureté, les contrôles de microstructure ou les contrôles dimensionnels.

PRESI propose une grande gamme de polisseuses manuelles et automatiques, avec un large choix d’accessoires, afin de couvrir tous les besoins, du pré-polissage à la superfinition et du polissage d’échantillons unitaires ou en série.

Pour des contrôles de dureté, un polissage à l’aide d’une polisseuse automatique de la gamme Me- catech semble le plus adapté.

Toutes les gammes de polissage ci-dessous sont données pour une préparation automatique des échantillons (pour du polissage manuel : ne pas prendre en compte les paramètres de tête). Elles sont les plus couramment utilisées et sont renseignées à titre d’information et de conseil.

Toutes les premières étapes de chaque gamme sont appelées « mise à niveau » et consiste à retirer de la matière rapidement afin de mettre à niveau la surface de l’échantillon (et de la résine). Celles données ci-dessous sont standards et peuvent, par conséquent, être modifiées selon le besoin.

Les forces d’appuis varient selon la taille des échantillons mais de manière générale il sera appliqué : 1daN par 10mm de diamètre d’enrobage pour les étapes de pré-polissage (ex : Ø40mm = 4 daN) puis la force sera diminuée de 0,5daN à chaque étape de polissage avec une suspension abrasive.

Voici ci-dessous une proposition de gamme pour des aciers traités superficiels et à cœur :

Nota : La mise à niveau à l’aide de l’I-Max R 54 μm est suffisante pour un échantillon qui sort d’une coupe métallographique. Si un enlèvement de matière plus important est nécessaire, il faut utiliser un I-Max R avec une granulométrie plus importante (75 μm voire 125 μm).

Le prépolissage est fait à l’aide de support I-Max R. Ces supports diamantés à liant résine permettent de remplacer plusieurs centaines de papiers abrasifs. Ils confèrent une bonne planéité au polissage pour des matériaux métalliques durs.

Lors du prépolissage, il n’est pas nécessaire d’inverser les sens de rotation de la tête et du plateau car cela peut détériorer la planéité. Cependant, l’inversion des sens de rotation peut aider si un enlèvement de matière important est à faire.

Une gamme en 3 étapes est suffisante pour faire des essais de dureté. La trame de rayure obtenue avec la suspension de 3 μm est assez fine pour permettre la lecture des empreintes de dureté. Le tissu RAM peut être également remplacé par le tissu ADRII.

Si une observation de structure est nécessaire, une finition au 1 μm sur un tissu NT pourra être ajoutée. Enfin, une superfinition à l’alumine PRESI n°3 peut être menée dans le but de faire un contrôle inclusionnaire par exemple.

Voici ci-dessous une seconde gamme possible pour des aciers traités superficiels et à cœur :

Pour cette seconde gamme, l’étape 2 est remplacée par le support MED-R. Ce support constitué de plots de résine, permet de remplacer plusieurs tissus et de conserver une bonne planéité. Il s’utilise avec une suspension super abrasive pour MED-R qui est un produit 2 en 1 (la suspension abrasive et lubrifiant sont déjà mélangés et prêts à l’emploi).

Pour le polissage diamanté, c’est à l’aide de suspensions polycristallines concentrées LDP que les étapes 3 et 4 sont faites. Le diamant polycristallin a des angles vifs qui sont adaptés pour polir les matériaux mi-durs à durs.

Si les matériaux à polir sont sensibles à la corrosion, les suspensions diamantées LDP peuvent être remplacées par des suspensions diamantées base alcool, anhydres ADS polycristallines.

Parfois, il est nécessaire d’adapter la gamme selon le traitement, notamment dans le cas des aciers nitrurés.

Nota : La mise à niveau à l’aide du papier abrasif P320 est suffisante pour un échantillon qui sort d’une coupe métallographique. Si un enlèvement de matière plus important est nécessaire, il faut utiliser un papier abrasif avec une granulométrie plus importante.

Pour les aciers nitrurés, le polissage à l’aide des supports I-Max R ou MED-R est trop agressif et pourrait endommager la couche de combinaison. Il est donc préférable de remplacer l’I-Max R par un papier abrasif P320.

Les étapes suivantes sont réalisées classiquement à l’aide de tissus de polissage et de suspensions diamantées LDP et du lubrifiant associé Reflex LUB. Enfin, la superfinition est également optionnelle à l’aide d’alumine sur un tissu flocké NT.

Les aciers traités s’attaquent généralement à l’aide du réactif d’attaque Nital 4% (sauf pour le cas des aciers inoxydables qui ont leurs propres réactifs d’attaque). Cela permet de révéler la structure et pour les aciers nitrurés, de mettre en évidence la couche de combinaison (couche blanche). Les micrographies présentées ont été réalisées au moyen du logiciel PRESI VIEW :

Généralement des essais de dureté sont réalisés pour vérifier la conformité ou non de la pièce traitée thermiquement. Cela se traduira donc par une variation de la dureté si le traitement est superficiel (plus dur en extérieur et moins dur à cœur) et par une variation moindre (avec des valeurs de dureté assez proches), dans toute la pièce si celle-ci a été traitée dans la masse.

Pour réaliser ces essais de dureté, il est conseillé d’utiliser le duromètre PRESI HZ 10-4, avec le logiciel Presi Touch Pattern.

Fig. 30 : Pièce avec Filiation de dureté

Fig. 31 : Graphique acier traité par induction