1. D’un point de vue macroscopique, comment pouvons-nous initialement déterminer l’uniformité des tissus par inspection visuelle ou sous un faible grossissement ?
Inspection par décapage (inspection à faible grossissement) : La méthode macroscopique la plus courante. Un échantillon est découpé et gravé avec de l'acide chaud (tel qu'une solution d'acide chlorhydrique). En raison de l'inhomogénéité de la microstructure causée par la ségrégation chimique, la porosité ou l'agrégation des inclusions, différentes nuances de couleur, lignes d'écoulement ou taches apparaîtront après la gravure à l'acide.
Microstructure homogène : la surface gravée doit présenter une couleur uniforme grisâtre-blanc ou gris clair, avec une macrostructure dense et sans taches sombres évidentes, lignes lumineuses ou porosité.
Microstructure inhomogène : Si une ségrégation en bandes visible (alternance de rayures noires et blanches), une ségrégation centrale (une bande sombre au centre de la plaque) ou des bandes blanches brillantes (anomalies de composition localisées) sont observées, cela indique une grave inhomogénéité dans la composition chimique ou la structure de solidification de la bobine d'acier.
Observation de la surface de fracture : L'échantillon est perforé ou cassé et la morphologie de la fracture est observée.
La surface de fracture d'une microstructure homogène est généralement uniformément fibreuse (fracture ductile).
Si des facettes cristallines (silex) ou des taches blanches apparaissent sur la surface de fracture, des grains grossiers ou une agrégation d'inclusions peuvent être présents, conduisant à une fragilité localisée.
2.Qu'est-ce qui détermine spécifiquement l'uniformité de la microstructure (métallographique) ? Comment l’homogénéité du grain est-elle évaluée ?
Uniformité granulométrique : C’est l’indicateur le plus important.
État idéal : la taille des grains dans le champ de vision doit être fondamentalement uniforme, présentant une forme cristalline équiaxe, et la distribution granulométrique doit être concentrée. Selon les normes ASTM E112, si la grande majorité des grains sont concentrés dans 2-3 niveaux adjacents (par exemple, principalement le niveau 8, avec un petit nombre de niveaux 7 et 9), ils peuvent être considérés comme uniformes.
État inhomogène (grains mélangés) : Si des grains grossiers (par exemple, ASTM niveau 5) et des grains fins (par exemple, ASTM niveau 10) sont présents simultanément dans le champ de vision, on parle de structure de grains mélangés. Il s’agit d’un tabou majeur dans l’emboutissage profond, conduisant à des déformations inégales et à une forte susceptibilité à la fissuration.
Uniformité de répartition des phases : pour l'acier biphasé-(ferrite + martensite) ou l'acier multiphasé.
État idéal : La phase dure (martensite/bainite) doit être répartie uniformément et de manière diffuse sur la matrice de ferrite molle, formant un réseau ou une structure insulaire, plutôt que de s'agglomérer ou d'apparaître sous forme de bandes allongées.
État non-uniforme : si la martensite est distribuée en bandes, ou s'il n'y a pas de martensites dans certaines zones et une grande quantité de martensites dans d'autres, cela indique qu'il existe une micro-ségrégation des éléments d'alliage (tels que Mn et C), ce qui conduit à une transformation de phase asynchrone.
3.Qu’est-ce que le tissu en bandes ? Comment perturbe-t-il l’homogénéité des tissus ?
Définition : Au microscope, la ferrite et la perlite (ou d'autres microstructures) sont distribuées en parallèle, en alternant des bandes dans le sens de laminage de l'acier, un peu comme les cernes des arbres.
Causes : Principalement due à la ségrégation dendritique lors de la solidification du lingot d’acier. Les éléments d'alliage (notamment le manganèse et le phosphore) s'accumulent entre les dendrites. Lors du laminage à chaud et à froid, ces régions enrichies et appauvries s'allongent, formant des bandes chimiquement différenciées. Lors d'un refroidissement ou d'un recuit ultérieur, ces régions de compositions différentes se transforment en microstructures différentes.
Effets néfastes :
Anisotropie : entraîne des différences significatives dans les propriétés mécaniques du matériau dans les directions transversale et longitudinale, notamment une réduction significative de la plasticité transversale et de la ténacité.
Fissuration de formation : des fissures se forment facilement le long de l'interface entre les bandes de ferrite et de perlite lors du pliage ou de l'emboutissage profond.
Critères d'évaluation : Notation selon les normes GB/T 13299 ou ASTM E1268. Dans l'industrie, le baguage doit généralement être inférieur ou égal à 2 (le plus bas sera le mieux). Pour les tôles d'acier automobile de haute -qualité, le cerclage doit généralement être éliminé ou inférieur ou égal à 1.
4. Outre la taille des grains et la microstructure, comment observer l’uniformité de la composition (microségrégation) ?
Analyse de surface par microanalyse par sonde électronique (EPMA) ou par spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) : c'est la méthode la plus directe. L'analyse de la surface de l'échantillon avec un faisceau d'électrons génère des cartes de distribution de surface d'éléments spécifiques (tels que Mn, Si, P, Cr).
Microstructure homogène : la carte de distribution des éléments montre une couleur uniforme sans points de concentration évidents ni zones de concentration en bandes.
Microstructure inhomogène : Si des bandes de ségrégation évidentes de manganèse sont observées (couleur foncée et aspect rayé), ou si le phosphore est enrichi aux joints de grains (couleur anormalement vive aux joints de grains), il s'agit d'une preuve directe d'une inhomogénéité de composition microscopique.
Méthode d'indentation de microdureté : elle juge indirectement la microstructure en testant sa microdureté. Une rangée de points de dureté est indentée dans la micro-région (par pas de 10 à 50 micromètres).
Si les valeurs de dureté fluctuent considérablement (par exemple, une dureté élevée dans les bandes de ségrégation et une faible dureté dans les zones appauvries), cela indique des différences significatives de composition ou de microstructure au sein de cette micro-région, entraînant une mauvaise homogénéité.
5.Comment évaluer l'uniformité de la distribution des inclusions non-métalliques ?
Méthode d'évaluation : Observez la morphologie et la répartition des inclusions au microscope (généralement 100x) selon les normes nationales (telles que GB/T 10561, équivalente à la norme ISO 4967) ou les normes ASTM E45.
Points d'évaluation clés :
Identification du type : faites la différence entre la classe A (sulfures), la classe B (alumine), la classe C (silicates), la classe D (oxydes sphériques) et la classe DS (grosses inclusions de particules uniques).
Finesse et quantité : classer statistiquement la finesse et la grossièreté de chaque type d'inclusion. Plus le numéro de classe est bas, moins les inclusions sont nombreuses et petites.
Morphologie de distribution :
Uniforme : les inclusions sont petites, dispersées et leur quantité est à peu près la même dans tous les champs de vision.
Non-uniforme : type de chaîne-(les inclusions de classe B sont distribuées selon un motif en perles) ou agrégation de grandes particules (classe DS). L'alumine de type chaîne-, en particulier, peut rompre gravement la matrice métallique, provoquant des fissures lors de l'emboutissage.
Cible idéale : pour les bobines laminées à froid-de haute qualité (telles que les panneaux automobiles et les matériaux DI), il est généralement requis que le niveau de diverses inclusions (en particulier les types fragiles B et D) soit inférieur ou égal à 1,5 ou 1,0, et il ne doit y avoir aucune inclusion grossière.