Microstruttura delle leghe metalliche
In Laboratorio San Marco siamo specializzati in analisi della microstruttura e connesse valutazioni. In questa pagina cerchiamo di spiegare alcuni concetti fondamentali sulla metallografia e la valutazione della microstruttura di una lega metallica.
Cosa si intende per microstruttura?
La microstruttura descrive come il materiale si presenta e come è organizzato su una scala visiva molto piccola, microscopica, pertanto non visibile ad occhio nudo. Solitamente una microstruttura è composta da uno o più costituenti di natura e caratteristiche diverse, denominati componenti microstrutturali.
La microstruttura di una lega metallica è data, in primo luogo, dalla composizione chimica e dalla relativa omogeneità. Dipende, inoltre, dal processo produttivo (ad esempio lavorazione a caldo e a freddo, trattamento termico, trattamento superficiale) con cui è stato ottenuto il materiale oggetto di indagine.
Come viene preparato il campione metallografico?
L’osservazione della microstruttura di un materiale metallico è eseguita analizzando al microscopio ottico un provino del materiale in esame. Tale provino deve essere adeguatamente preparato seguendo una procedura che consiste nelle seguenti fasi fondamentali:
- prelievo del campione
- preparazione
- attacco chimico
Vediamo in breve dettaglio le varie fasi.
Dapprima viene selezionato, secondo le esigenze del cliente o in base alle specifiche/normative applicabili, il punto di prelievo del campione (profondità e orientamento) del quale si desidera osservare la microstruttura. Le dimensioni di tale campione vengono ridotte generalmente mediante troncatrice metallografica.
In queste operazioni di taglio deve essere posta particolare attenzione a non surriscaldare il materiale per evitare modifiche locali della struttura stessa. Il campione può essere inglobato in una apposita resina per facilitarne la manipolazione nelle successive fasi di lucidatura meccanica.
La lucidatura a specchio del campione è indispensabile per avere un attacco metallografico uniforme e una immagine della microstruttura chiara, senza artefatti indotti dalla preparativa stessa, ed è eseguita con passaggi successivi di carte a granulometria via via più fini e panni.
Sulla superficie del campione metallografico lucidato a specchio viene successivamente eseguito un attacco chimico (attacco metallografico), diretto o per via elettrolitica. L’attacco metallografico altro non è che una corrosione localizzata e preferenziale, data da un reagente chimico, di alcuni componenti microstrutturali del campione.
Il reagente, la tempistica, il metodo, sono scelti in base a ciò che si vuole osservare, al tipo di materiale metallico e alle normative o specifiche di riferimento. Di cruciale importanza sono l’esperienza, la sensibilità e la competenza dell’operatore che esegue questa fase.
Cosa si osserva al microscopio in un campione metallografico?
Terminate le operazioni di preparativa, il campione metallografico è attentamente osservato mediante un microscopio ottico metallografico a luce riflessa, che permette di passare da una visione di insieme della microstruttura a minori ingrandimenti ad una visione nel dettaglio dei singoli componenti microstrutturali (fino a 1000x).
Perché l’analisi microstrutturale riveste spesso un controllo molto importante?
Le proprietà fisiche e meccaniche del materiale sono strettamente correlabili alla microstruttura e a come essa si compone. Va da sé che la determinazione dei componenti microstrutturali, la loro distribuzione e forma sia di grande importanza nel controllo qualità di un materiale.
L’analisi microstrutturale di un materiale metallico consente, infatti, di verificarne la conformità in base al suo campo di applicazione e alle caratteristiche richieste, fornendo quindi informazioni su come questo materiale si comporterà in esercizio.
Quali sono le indagini specifiche svolte durante l’analisi microstrutturale?
L’analisi microstrutturale, ad un occhio attento ed esperto del metallurgista che la esegue, permette di individuare le corrispondenze e le anomalie metallurgiche rispetto a specifiche, alla chimica o al processo produttivo subito dal materiale.
Fondamentale è il riconoscimento delle fasi presenti, sia come matrice (base) che come altra fase o precipitato e relativa distribuzione. L’analisi dei precipitati, ossia di composti intermetallici duri e fragili, è importante perché essi, soprattutto quando distribuiti a bordo grano, comportano un decadimento della tenacità del materiale e, in caso di acciai inossidabili, punti di innesco di corrosione.
Per alcuni tipi di leghe metalliche, ad esempio acciai inossidabili duplex (acciai bifasici), è utile svolgere una analisi volta alla determinazione del contenuto percentuale delle fasi, comportandosi esse in modo diverso e quindi influenzando direttamente le caratteristiche meccaniche, di tenacità e di resistenza a corrosione del materiale. Le norme di riferimento più usate per questo tipo di indagine sono l’ASTM E562 e l’ASTM E1245.
Per via micrografica è anche possibile misurare lo spessore di un rivestimento superficiale o la profondità di uno strato superficiale indurito, per verificare la bontà del trattamento eseguito e, quindi, del futuro comportamento in esercizio del componente.
Altre analisi effettuabili mediante la valutazione microstrutturale possono essere:
- La determinazione della profondità di decarburazione in alcuni acciai
- La classificazione della grafite nelle ghise
- Il conteggio dei noduli nelle ghise
- L’individuazione e distribuzione di eventuali disomogeneità presenti in forgiati, laminati e getti