Les structures et les propriétés mécaniques des matériaux métalliques se modifient sous l’effet d’un traitement thermique et d’autres facteurs. Afin d’évaluer correctement ces matériaux, une analyse fiable de la taille des grains conforme aux normes industrielles est requise.
Cette section vous présente des exemples d’applications du microscope numérique 4K de KEYENCE, qui résout les problèmes de l’analyse classique de la taille des grains par comparaison visuelle et calcule automatiquement le numéro de taille de grains (indice "G") conformément aux normes industrielles.

Normes industrielles applicables et évaluation quantitative lors de l’analyse de la taille des grains d’une structure métallique

Propriétés mécaniques et tailles des grains des matériaux métalliques

En dehors de l’automobile, les matériaux métalliques sont exploités dans de nombreux domaines et produits, des infrastructures aux bâtiments, en passant par les dispositifs électriques et électroniques. Leur variété est infinie et la sélection du matériau optimal pour votre application est une étape clé. Par exemple, la carrosserie et le moteur exigent des matériaux métalliques aux propriétés mécaniques très différentes. Outre leur grande diversité, des métaux purs, tels le fer et l’aluminium, aux alliages, les matériaux métalliques possèdent une structure et des propriétés mécaniques qui se modifient sous l’effet des traitements thermiques et autres facteurs.

Les structures métalliques sont des corps polycristallins dont la structure cristalline se compose de plusieurs grains. Entre les grains, une zone à la disposition atomique désordonnée est appelée joint de grains.
Lors d’un traitement thermique, la disposition des grains se trouve modifiée en raison de la croissance des atomes, dessinant des joints de grains différentes de celles avant traitement, et cette nouvelle disposition peut différer sur un même métal ou alliage. La modification de la taille des grains entraîne également une altération des propriétés mécaniques. De ce fait, la variation de la taille des grains sous l’effet d’un traitement thermique ou autre est un facteur essentiel pour évaluer les propriétés mécaniques.

Méthodes d’évaluation de la structure métallique par analyse de la taille des grains

L’analyse de la taille des grains d’une structure métallique vous permet de contrôler et déterminer si le matériau métallique possède les propriétés mécaniques exigées. En règle générale, une analyse de la taille des grains, lors de laquelle un échantillon de structure métallique est préparé pour y examiner la taille des grains et la distribution des grains au microscope métallographique, est réalisée.

Il existe différentes normes applicables à l’analyse de la taille des grains. Par exemple, aux États-Unis, l’analyse est effectuée conformément à la norme ASTM  E112-13 : Méthodes d’essai standards pour déterminer la taille moyenne des grains.
Dans de nombreux cas, la taille des grains est analysée par comparaison visuelle. L’une des méthodes suivantes est alors appliquée.

Comparaison visuelle à partir de schémas standards
L’opérateur estime le numéro de taille de grains (indice "G") en comparant visuellement l’échantillon de structure métallique grossi au microscope aux schémas standards.
Schémas standards de la taille des grains pour un acier austénitique (100x)
Taille des grains numéro 1
Taille des grains numéro 1
Taille des grains numéro 2
Taille des grains numéro 2
Taille des grains numéro 3
Taille des grains numéro 3
Taille des grains numéro 4
Taille des grains numéro 4
Taille des grains numéro 5
Taille des grains numéro 5
Taille des grains numéro 6
Taille des grains numéro 6
Taille des grains numéro 7
Taille des grains numéro 7
Taille des grains numéro 8
Taille des grains numéro 8
Comparaison visuelle à partir d’un diagramme de taille des grains
Un diagramme comportant les schémas de taille des grains est inséré dans l’oculaire du microscope métallographique pour comparer l’échantillon grossi aux schémas standards dans le même champ de vision.
Diagramme de taille des grains pour oculaire de microscope métallographique utilisé en comparaison visuelle
Diagramme de taille des grains pour oculaire de microscope métallographique utilisé en comparaison visuelle
Taille des grains et diamètre du grain
Le diamètre du grain est parfois également utilisé pour exprimer la taille des grains. En règle générale, la taille des grains est exprimée par un numéro de taille des grains issu d’un schéma standard conforme aux normes industrielles. Le diamètre du grain est lui exprimé en une valeur de diamètre.
En règle générale, plus le numéro de taille de grains (indice "G") est élevé (plus le diamètre du grain est petit), meilleures sont les propriétés mécaniques du matériau métallique.

Problèmes de l’analyse de la taille des grains

L’analyse de la taille des grains par comparaison souffre des problèmes suivants.

  • L’analyse de la taille des grains par comparaison à un schéma standard ou à un diagramme de taille des grains repose sur une évaluation visuelle, qui requiert un certain niveau de compétence. Une analyse quantitative fiable et précise est difficile à obtenir car les résultats varient d’un opérateur à l’autre.
  • Si une caméra est montée sur un microscope métallographique, seule l’image de la structure métallique est enregistrée. Il est impossible de capturer une image comparative affichant à la fois la structure métallique et le diagramme de taille des grains de l’oculaire et l’intersection de la structure métallique à partir de laquelle la comparaison et l’analyse ont été réalisées n’est pas enregistrée.
  • Le report des résultats d’analyse sur papier ou sur PC prend du temps et implique également un risque d’erreur de saisie.

Quantification et rationalisation de l’analyse micrographique grâce à la mesure automatique de la taille des grains

Le microscope numérique ultra-haute définition 4K Série VHX de KEYENCE résout de nombreux problèmes liés à l’analyse de la taille des grains, en exécutant une analyse, une mesure et une évaluation quantitative précises de la taille des grains, en quelques étapes simples et indépendamment du niveau de compétence de l’opérateur.

La Série VHX est équipée d’un objectif haute résolution, d’un CMOS 4K et de systèmes d’observation et de mesure spécialement conçus. Outre des images haute définition sous grossissement assemblées à partir d’images haute résolution 4K, ce microscope numérique de pointe vous propose une gamme complète de fonctions pratiques pour l’analyse de la taille des grains d’une structure métallique, telles que les mesures 2D et 3D haute précision et la mesure de la taille des grains (qui calcule automatiquement le numéro de taille de grains (indice "G") conformément aux normes industrielles).
De plus, inspirée des retours de nos clients, l’interface est parfaitement intuitive et le fonctionnement plus simple que jamais, accessible à tout opérateur.

Retrouvez à présent des exemples d’utilisation de la Série VHX pour l’analyse, la mesure et l’évaluation quantitative de la taille des grains.

Évaluation quantitative conforme aux normes industrielles via la fonction de mesure de la taille des grains

Le microscope numérique 4K Série VHX de KEYENCE calcule automatiquement le numéro de taille de grains (indice "G"), conformément aux normes industrielles telles que l’ASTM  E112-13, à partir d’images haute résolution sous fort grossissement. Il est également possible de sélectionner la méthode de mesure la mieux adaptée au matériau métallique à partir du nombre d’intersections et du nombre de grains supplémentaires.

Lors d’une comparaison visuelle, si le numéro de taille de grains (indice "G") à attribuer à la cible n’est pas évident, les résultats d’évaluation risquent de varier entre les opérateurs.
La Série VHX calcule le numéro de taille de grains (indice "G") à partir d’une mesure quantitative précise.

Mesure automatique de la taille des grains d’une structure métallique avec le microscope numérique 4K Série VHX
800x
800x

Moindre impact de l’état de polissage de l’échantillon métallique

Si la surface de l’échantillon observé n’est pas plane (surface grossièrement polie d’un échantillon enrobé de résine, par exemple), les limites de la profondeur de champ empêchent l’obtention d’une image entièrement nette.
Avec le microscope numérique 4K Série VHX, la composition en profondeur en direct permet de créer instantanément des images haute résolution sur lesquelles la totalité de la surface observée est nette, même si l’échantillon enrobé de résine est incliné ou présente des irrégularités.

Mesure de la taille des grains d’une structure métallique avec le microscope numérique 4K Série VHX
Image normale
Sans composition en profondeur
Composition en profondeur
Composition en profondeur
Observation d’un échantillon de structure métallique par composition en profondeur
Observation d’un échantillon de structure métallique par composition en profondeur

Acquisition facile d’images haute résolution en champ large

La fonction d’assemblage d’images du microscope numérique 4K Série VHX capture des images en continu par commande automatique de la platine, d’une simple pression sur un bouton. Les données d'image de différents champs de vision sont rapidement compilées, sans aucune erreur d’alignement, en une seule image de 50 000 x 50 000 pixels max. Le grossissement et la résolution sont maintenus, créant une image en plongée idéale pour l’observation.

Problème classique : Haute résolution mais champ de vision étroit
Haute résolution mais champ de vision étroit
Image en champ large grâce à l’assemblage d’images avec le microscope numérique 4K Série VHX
La fonction d’assemblage d’images commande automatiquement la platine pour capturer une large surface, tout en maintenant un fort grossissement et une résolution élevée.
La fonction d’assemblage d’images commande automatiquement la platine pour capturer une large surface, tout en maintenant un fort grossissement et une résolution élevée.

Un seul instrument pour toutes vos opérations, de l’observation de la structure métallique à l’analyse de la taille des grains

En plus des fonctions présentées précédemment, le microscope numérique ultra-haute définition 4K Série VHX est équipé d’un large éventail de fonctions pratiques pour l’observation, l’analyse et le contrôle des structures métalliques.
La Série VHX combine convivialité et polyvalence, offrant notamment une fonction d’élimination des reflets, qui fonctionne même sur les surfaces métalliques brillantes, et des mesures 2D et 3D à l’échelle du micron, réalisées par simple sélection d’une image sous fort grossissement.
Le logiciel Excel peut également être installé sur la Série VHX. La fonction de création de rapports de la Série VHX reporte directement les images sous grossissement et les valeurs mesurées dans le modèle de rapport choisi. Améliorez sensiblement votre productivité en regroupant toutes vos opérations sur un seul microscope rapide et convivial.

Pour en savoir plus sur la Série VHX, cliquez sur le bouton ci-dessous pour télécharger le catalogue. Pour toute demande, cliquez sur l’autre bouton pour contacter KEYENCE.