Valutazione micrografica della dimensione media del grano
Reticolo cristallino e dimensioni del grano
Cosa si intende per “grano” di un materiale metallico?
La maggior parte dei metalli e leghe metalliche sono materiali policristallini, ossia sono costituiti da aggregati di cristalli, detti grani, che si formano durante la fase di solidificazione e raffreddamento del metallo o lega metallica. Le zone di discontinuità in cui si trovano a contatto i grani, ossia i contorni dei grani, prendono il nome di “bordi grano”.
La forma e la dimensione dei grani sono direttamente correlate alle caratteristiche del processo di solidificazione e possono essere successivamente modificate (aumento o diminuzione della dimensione; forma da equiassica ad allungata) mediante alcuni processi produttivi, come lavorazioni a caldo e a freddo e
trattamenti termici.
Perché la valutazione della dimensione del grano è importante?
Le caratteristiche meccaniche, sia in termini di resistenza che tenacità e resilienza, aumentano al diminuire della dimensione del grano. Viceversa, se si considera il comportamento ad elevate temperature del materiale e allo scorrimento viscoso (creep), la resistenza aumenta all’aumentare della dimensione del grano.
Ne consegue che il controllo di composizione, processo, trattamento termico, che influenzano la dimensione del grano, è fondamentale per perseguire le caratteristiche richieste in base all’applicazione e alle condizioni che il componente deve sopportare quando posto in esercizio.
L’analisi della dimensione del grano può essere considerata un controllo di qualità del materiale, per verificare sia l’efficacia del processo produttivo che la conformità alle specifiche.
Come viene eseguita la valutazione della dimensione del grano?
La
preparazione del campione metallografico su cui viene eseguita la valutazione del grano dipende da materiale e norma applicata e può essere condotta con la stessa metodologia usata per la
valutazione della microstruttura (lucidatura e attacco chimico o elettrochimico) oppure includendo anche una fase di trattamento termico ed ossidazione controllata (metodi Kohn e McQuaid-Ehn).
Le normative di riferimento più comuni sono la ISO 643 e l’ASTM E112.
Il campione viene poi osservato al microscopio per eseguire la valutazione della dimensione del grano e la distribuzione dei grani stessi. Tre sono i metodi principali per la valutazione del grano in un materiale metallico:
- metodo per confronto;
- metodo dell’intercetta;
- metodo planimetrico;
Nel metodo per confronto la dimensione del grano viene determinata attraverso confronto con immagini di riferimento presenti nelle norme. È il metodo più veloce, ma il meno preciso in quanto influenzato dall’interpretazione dell’operatore.
I metodi dell’intercetta o planimetrico sono meno soggettivi ma più laboriosi in quanto richiedono di contare il numero di bordi grano intersecanti una o più linee di riferimento (intercette) o il numero di grani presenti all’interno di una determinata area (metodo planimetrico); la determinazione può essere eseguita manualmente o attraverso un software.
La dimensione del grano è espressa mediante un indice G che va da 00 a 14.0; nel caso di grani macroscopici l’indice è M con valori compresi tra M-0 e M-14.3. Maggiore è il valore di G o M, più fino è il grano.
Il metodo da seguire viene scelto in base a specifiche del cliente o all’esperienza del laboratorio.