MÉTALLOGRAPHIE

MÉTALLOGRAPHIE

LA MÉTALLOGRAPHIE est une branche de la science des matériaux qui vise à connaître les métaux et leurs alliages considérés comme matériaux distincts d’autres corps solides, tels que les «métalloïdes», comme le soufre et l’iode, ou tels que les semi-conducteurs, comme le silicium et le germanium.

Cette discipline se propose d’étudier la structure superficielle ou interne des métaux et de leurs alliages, de préciser les variations de cette structure en fonction de la composition chimique et des divers traitements mécaniques et thermiques qu’ils ont pu subir.

On peut décrire et définir les métaux les uns par rapport aux autres en termes morphologiques, c’est-à-dire selon les variations du faciès des phases en présence dans un alliage en définissant leurs frontières respectives: c’est la métallographie microscopique . Celle-ci consiste à observer une section du matériau, polie pour atteindre un degré de perfection de sa surface à l’échelle microgéométrique tel qu’elle se comporte comme un véritable miroir réfléchissant (d’où le nom de «poli spéculaire» donné à cet état de surface), puis attaquée par un réactif chimique qui révèle les frontières ou les limites, soit entre «grains» ou cristaux de diverses orientations d’un métal pur, soit entre phases de composition chimique ou de structure cristallographique différentes. Cette branche de la métallographie est un peu comparable à la description de la forme des divers continents terrestres par la géographie ou la cartographie.

En poussant plus loin l’analogie avec les sciences de la Terre, on peut parler de métallographie physique , comme l’on parle de géographie physique, si l’on cherche à relier les propriétés physiques des métaux à leur structure microscopique. Ainsi, la conductibilité électrique d’un élément contenant une addition est différente suivant que l’élément d’addition (soluté) ou bien est soluble dans le métal de base de l’alliage (solvant) et forme ce qu’on appelle une « solution solide », ou bien se trouve à l’état d’une seconde phase dispersée dans le métal de base sous forme d’« inclusions » constituées, par exemple, par un composé défini. La répartition topographique, la taille et les relations d’orientation cristallographique de ces inclusions vis-à-vis de la matrice constituée par le métal solvant détermineront la valeur de la conductibilité électrique ou de toute autre propriété telle que la limite élastique du matériau, sa charge de rupture et son allongement à la rupture.

De même on pourrait appeler métallographie physico-chimique celle qui cherche à préciser les relations entre la structure microscopique et les traitements thermiques de trempe, de recuit, de revenu, de réversion, etc., qui agissent sur des paramètres chimiques , telle la composition chimique des phases formées, et sur des paramètres physiques , telle la structure à l’échelle cristallographique des diverses phases. La base quantitative de ce domaine de la métallographie est la connaissance des diagrammes de constitution ou d’équilibre des alliages, qu’ils soient binaires, ternaires ou quaternaires, c’est-à-dire des diagrammes représentant, en fonction de la température et de la composition, et parfois de la pression, la nature chimique et physique des phases ou constituants de l’alliage.

La métallographie chimique serait celle qui se préoccupe de déterminer quantitativement la composition chimique des phases en présence dans un alliage soit en isolant l’une des phases par voie chimique ou électrochimique et en l’analysant par les méthodes classiques de la chimie, soit, mieux, en analysant in situ les phases en présence par l’emploi des méthodes modernes de la microsonde électronique de Castaing, de la microsonde ionique de Slozdian-Castaing ou du microscope électronique à balayage par réflexion ou par transmission (Stem). Ces méthodes permettent, outre l’identification des phases en présence dans un alliage polyphasé, la mise en évidence des modifications de composition créées à la surface des métaux ou de leurs alliages, par exemple par les méthodes de traitements superficiels dits de cémentation, de nitruration ou de carbonitruration qui améliorent considérablement non seulement la dureté superficielle des aciers fer-carbone, mais aussi leur limite d’élasticité. Elles constituent aussi un outil de recherche extrêmement puissant pour étudier les processus fondamentaux de diffusion mutuelle entre deux phases ou deux éléments en contact suivant une interface.

Un autre champ d’application de la métallographie chimique concerne l’identification des produits de réaction entre un métal ou l’un de ses alliages et son environnement: c’est le problème de la corrosion aqueuse des métaux et alliages, où interviennent à la fois des processus chimiques et électrochimiques qui modifient l’état de surface du métal par la formation de produits de réaction pouvant permettre la poursuite de la détérioration du métal (cas de la rouille du fer et des aciers) ou au contraire freiner ou bloquer le processus d’attaque (cas de la passivation des aciers inoxydables fer-chrome à plus de 13 p. 100 de chrome ou des aciers inoxydables fer-chrome-nickel à 18 p. 100 de chrome et 8 p. 100 de nickel). De même l’étude des réactions des métaux et alliages avec les gaz oxydants ou sulfurants, à haute température, constitue un autre domaine important de la métallographie chimique.

En bref, la métallographie est l’ensemble des méthodes d’examen et d’essai des métaux qui permet de caractériser leurs propriétés chimiques, mécaniques et physico-chimiques en relation avec leur structure à l’échelle soit macroscopique, soit microscopique. Ces méthodes d’essai peuvent être classées en trois groupes principaux selon le type d’information que chacune d’elles peut donner:

– des essais physiques qui définissent et permettent de mesurer certaines caractéristiques propres aux divers matériaux métallurgiques telles que les variations, en fonction de la température, de volume ou de longueur (dilatation thermique), de la résistivité électrique, de la chaleur spécifique, de la conductibilité thermique, des propriétés magnétiques, du pouvoir thermoélectrique, etc.;

– des essais mécaniques qui mettent en évidence le comportement élastique et plastique des matériaux métalliques en fonction de divers paramètres tels que la température, la vitesse de variation des efforts appliqués au matériau, la microstructure (taille des grains ou cristaux), etc.;

– des essais physico-chimiques qui permettent de définir le comportement des matériaux métalliques dans un milieu, liquide ou gazeux, de composition chimique donnée.

Ces divers types d’essais sont encore classés en essais destructifs et essais non destructifs suivant que la mesure effectuée exige ou non le prélèvement dans le métal étudié, par usinage mécanique, chimique ou électrochimique, d’une éprouvette d’essai, dont les dimensions géométriques sont conditionnées par la nature de la mesure à effectuer. Ainsi, dans le cas des essais mécaniques, la mesure de la dureté est un essai non destructif, alors que l’essai de traction est un essai destructif.

métallographie [ metalɔgrafi ] n. f.

• 1548 « traité des métaux »; du lat. metallum et -graphie

♦ Sc., techn. Étude de la structure et des propriétés des métaux. Métallographie microscopique, aux rayons X. — Adj. MÉTALLOGRAPHIQUE .

● métallographie nom féminin Étude de la structure et des propriétés des métaux et de leurs alliages. (Elle comprend essentiellement les essais mécaniques et de structure, et les essais physiques et chimiques.)

métallographie

n. f. TECH étude de la structure et des propriétés des métaux et des alliages.

⇒MÉTALLOGRAPHIE, subst. fém.

A. — CHIM. Étude des métaux. La métallographie microscopique donne des renseignements précieux sur la constitution des métaux (Ac. 1935). L'importance fondamentale qu'a pris [sic] le microscope électronique dans de nombreux domaines de la science théorique ou appliquée, notamment en métallographie et en microbiologie (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 141). Une bonne partie de la métallographie contemporaine est fondée sur l'étude microscopique de la structure cristalline des métaux (P. ROUSSEAU, Hist. techn. et invent., 1967, p. 304).

B. —IMPR. Procédé de reproduction utilisant une plaque métallique. Senfelder avait étudié le principe de la métallographie et de la lithographie rotative qui était devenue d'un usage courant depuis les environs de 1880 (PRINET, Phot., 1945, p. 53).

REM. Métallographe, subst. masc. a) Chim. Spécialiste de l'étude des métaux. Les chimistes et les métallographes ont recouru d'une façon de plus en plus fréquente à l'emploi des rayons X, surtout dans la période 1930-1940 (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 190). b) Impr. Ouvrier spécialiste du procédé de reproduction utilisant une plaque métallique. En appos. Les imprimeurs métallographes ont coutume de confectionner eux-mêmes leur préparation acide (CHELET, Lithogr., 1933, p.243).

Prononc. et Orth.:[metal(l)]. Att. ds Ac. dep. 1835. Étymol. et Hist. 1771 (Trév.: Métallographie. Ce mot signifie proprement la description des métaux; mais on le prend pour la connoissance, la science des métaux. Traité des Métaux. La Métallographie de Webster). Comp. sav. de métal et de l'élém. -graphie. Metallographie «traité ou description des métaux» est att. dès 1548 (A. MIZAUD, Miroer de l'aer, p. 108).

DÉR. Métallographique, adj. Relatif à la métallographie. a) [Correspond à supra A] En 1927, J. Orcel réalisa le premier photomètre à cellule photoélectrique adapté au microscope métallographique polarisant et permettant des mesures sur de petites plages cristallines (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 476). b) [Correspond à supra B] Les solutions alcooliques de chlorure cuivrique (...) n'ont reçu d'application que dans la technique métallographique (GASNIER, Dépôts métall., 1927, p. 425). — [metal(l)]. — 1^re attest. 1824 (Ac. Suppl.); de métallographie, suff. -ique.

BBG. — Sculpt. 1978, p. 643.

métallographie [metalɔgʀafi] n. f.

ÉTYM. 1548 « traité des métaux »; de métallo-, et suff. -graphie.

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1 (1771). Sc., techn. Étude de la structure et des propriétés des métaux. || Métallographie microscopique, aux rayons X…

➪ tableau Noms de sciences et d'activités à caractère scientifique.

2 (1874). Techn. Gravure sur métal.

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DÉR. Métallographique.

Encyclopédie Universelle. 2012.