Lucidatura metallografica per campioni con superfici prive di deformazioni e graffi

La lucidatura metallografica, proprio come la levigatura metallografica, è la fase finale del processo di preparazione del campione per le successive analisi e ha lo scopo di rettificare le deformazioni causate dalle precedenti fasi di lavoro (durante il sezionamento e il taglio).
La seguente introduzione fornisce alcune considerazioni generali e suggerimenti per i processi di preparazione dei campioni.

La lucidatura metallografica consiste in diversi passaggi, ciascuno dei quali utilizza un abrasivo più fine del precedente. Tipicamente si fa una distinzione tra tre operazioni: Pre-lucidatura, lucidatura intermedia e lucidatura finale.

L'obiettivo finale è produrre un campione con una superficie esente da deformazioni, graffi e altamente riflettente. Per risultati accurati, è necessario selezionare i materiali di consumo appropriati, una lucidatrice e una guida alla preparativa corrispondente con le impostazioni dello strumento individuali (ottimizzate per il materiale da trattare).

QATM è leader nella produzione e fornitura di materiali di consumo di alta qualità per la lucidatura, nonché di un'ampia gamma di lucidatrici metallografiche innovative, dai modelli manuali a quelli completamente automatizzati. Gli esperti applicativi QATM combinano decenni di esperienza con la conoscenza derivante dai migliaia di campioni elaborati. Saranno lieti di assistervi per qualsiasi applicazione.

Lucidatura metallografica - Panoramica di prodotto

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Lucidatura metallografica in tre passaggi

In genere non esistono regole valide per la lucidatura metallografica per quanto riguarda il numero e la selezione delle fasi di lucidatura e la gradazione delle granulometrie. Tuttavia, ci sono suggerimenti per la preparativa metallografica per i singoli materiali o gruppi di materiali.

La gamma di panni di lucidatura copre perfettamente l'intera gamma di materiali tecnici. Quando si seleziona il panno di lucidatura e la granulometria del diamante, occorre prestare attenzione che l'altezza e la granulometria del diamante siano scelte in modo tale che i grani di diamante siano sempre a contatto con la superficie del campione e il panno di lucidatura. Solo così si garantisce una rimozione ottimale e quindi una buona planarità/affilatura del tagliente. In questo modo il processo di lucidatura metallografica ha successo.

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1. Pre-lucidatura

L'obiettivo generale della pre-lucidatura metallografica è quello di ottenere la migliore asportazione di materiale nel più breve tempo possibile. La buona planarità della superficie di levigatura dopo il processo di levigatura può essere mantenuta solo assicurando che il diamante sia sempre in movimento, se possibile sempre in rotazione. Questo movimento di rotolamento provoca la necessaria rimozione del materiale in eccesso.

Materiali di consumo utilizzati: Diamante da 15 µm a 9 µm / Panni in tessuto duro o molto pressati

2. Lucidatura intermedia

La pre-lucidatura metallografica è, nella maggior parte dei casi, seguita dalla lucidatura metallografica intermedia. In questo passaggio vengono rimossi gli strati di deformazione e sbavatura. Se il materiale è molto duro, potrebbero essere necessarie diverse fasi intermedie di lucidatura.

Materiali di consumo utilizzati: Diamante da 9 µm a 3 µm / Panni a trama dura

3. Lucidatura finale

La lucidatura finale metallografica è l'ultima fase di lucidatura, destinata a rimuovere le deformazioni e soprattutto le sbavature sulla superficie del campione. Questo passaggio non è facile ma possibile. Tuttavia, la lucidatura finale non è necessaria per ogni operazione di lucidatura metallografica. Materiali di consumo utilizzati: Diamante da 3 µm a 0,5 µm / Lucidatura con ossido da 0,1 µm a 0,06 µm / Panni a pelo o floccati, schiumati per sospensioni di ossido Nella lucidatura finale metallografica si distingue tra asportazione puramente meccanica mediante grani diamantati e asportazione chimico-meccanica, che si ottiene con sospensioni di lucidatura finale leggermente alcaline. L'agente lucidante che viene utilizzato deve essere determinato per il singolo caso.

Lucidatura metallografica diamantata

Nella lucidatura metallografica gli agenti lucidanti diamantati si differenziano in base alla forma del diamante. Ci sono diamanti poli e monocristallini.

Gli agenti lucidanti contenenti diamanti policristallini presentano chiari vantaggi rispetto agli agenti lucidanti contenenti diamanti monocristallini. Il diamante policristallino ha una forma del grano uniforme e molti spigoli vivi.

La velocità di rimozione degli agenti lucidanti diamantati dipende dal numero e dalle dimensioni dei taglienti diamantati che lavorano contemporaneamente.

Per la giusta scelta dell'abrasivo diamantato per lucidatura o levigatura (cioè se mono o policristallino), è importante determinarne i requisiti di processo in anticipo. In sostanza, un buon risultato si può ottenere anche con il diamante monocristallino più economico, anche se la strada per arrivarci richiede uno sforzo maggiore.

Gli agenti lucidanti diamantati differiscono anche per il tipo di materiale di supporto. La scelta tra i tre materiali di supporto comuni viene effettuata a seconda delle circostanze e dei materiali.

Pasta diamantata: alta concentrazione sul panno di lucidatura, è sempre necessario un lubrificante aggiuntivo

Sospensione diamantata: garantisce una buona e uniforme distribuzione sul panno di lucidatura, ma bisogna prestare attenzione alla segregazione in caso di un periodo stazionario prolungato

Spray diamantato: Assicurare una buona e uniforme distribuzione sul panno di lucidatura, ma è sempre necessario un lubrificante aggiuntivo e bisogna tener conto del maggiore consumo dovuto al dosaggio

Consumabili per lucidatura metallografica

Lucidatura metallografica con ossidi

Nella metallografia, gli agenti lucidanti a base di ossido vengono utilizzati principalmente per la lucidatura finale.

Viene fatta una distinzione tra biossido di silicio e sospensioni di ossido di alluminio. Entrambi sono disponibili come sospensione acquosa o alcolica "pronta all'uso". Le dimensioni dei grani sono comprese tra 0,1 e 0,06 µm.

Non esistono regole assolute per l'applicazione delle sospensioni. Le sospensioni a base alcolica devono essere utilizzate per campioni suscettibili alla corrosione

Biossido di silicio: Tutti gli acciai austenitici, leghe di alluminio, leghe di titanio, leghe di metalli preziosi

Ossido di alluminio: ottone, acciai da bassi a non legati, ghisa grigia

Con l'utilizzo di lucidanti a base di ossido si può ottenere una rimozione meccanica o chemio-meccanica, che rimuove gli strati di sbavatura e deformazione che possono essere ancora presenti da precedenti lucidature metallografiche; la qualità di questo processo varia da buona a molto buona.

Il 'doppio' attacco si traduce anche in tempi di lucidatura brevi. Rispetto agli agenti diamantati, i costi significativamente inferiori dei materiali costituiscono un altro vantaggio dei lucidanti a base di ossido.

Consumabili per lucidatura metallografica

Panni e dischi per lucidatura metallografici

I panni per la lucidatura metallografica sono disponibili con diverse strutture superficiali e materiali (es. seta, seta artificiale, tessuti di lana, plastiche floccate e espanse). Sono inoltre disponibili dischi di lucidatura appositamente sviluppati con diamanti integrati.

La pre-lucidatura metallografica viene solitamente eseguita su panni meno elastici (duri) utilizzando un lubrificante (l'elasticità a basso impatto è importante per mantenere la nitidezza). Se gli spigoli vengono arrotondati da panni troppo morbidi, si ha un effetto negativo sulla valutazione degli strati sottili.

Durante la lucidatura finale, si passa a panni più elastici, a pelo lungo e a lubrificanti con una viscosità più elevata.

L'elasticità dei panni per la lucidatura intermedia si colloca tra i due estremi appena descritti.

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Lucidatura vibrante metallografica

Con la lucidatura metallografica vibrante, è possibile eseguire preparazioni quasi prive di deformazioni e graffi su materiali soggetti a deformazione. Questo metodo è particolarmente adatto anche per i campioni per l'analisi EBSD.

Con la lucidatura vibrante metallografica, il movimento relativo tra un campione e la base di lucidatura necessario per la rimozione è ottenuto da una superficie di lavoro vibrante. Il piano di lavoro è sottoposto a vibrazioni verticali a cui si sovrappongono vibrazioni torsionali. Queste vibrazioni combinate fanno sì che i campioni, appesantiti con un peso, scorrano in cerchio sulla ruota di lavoro.

La lucidatrice metallografica vibrante QPol Vibro trova automaticamente la migliore frequenza per il movimento del campione sul panno di lucidatura a seconda della massa da spostare. Grazie alla rimozione molto delicata del materiale , il metodo è particolarmente adatto per materiali molto teneri e duttili come rame o leghe di rame, alluminio e leghe di alluminio, materiali a base di Ni e acciai dolci. Tuttavia, questa asportazione di materiale delicata e quindi molto ridotta si traduce in lunghi tempi di lucidatura che a volte richiedono più di 30 minuti.

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Suggerimenti e trucchi per la levigatura e lucidatura metallografica

La levigatura e la lucidatura sono una tecnica standard per la preparazione del campione metallografico. La conoscenza e l'esperienza di QATM nella lavorazione e nei processi è disponibile per quasi tutti i materiali. Tuttavia, quando si ricerca la procedura appropriata, è necessario prendere in considerazione una serie di potenziali fonti di errore. La procedura richiede molto tempo a causa dei flussi di lavoro a più fasi, soprattutto nell'elaborazione manuale. D'altro canto, se si desidera un grado di automazione più elevato, occorre prevedere degli investimenti maggiori.

I seguenti rischi devono essere valutati in ogni singolo caso:

L'uso di materiali abrasivi per la lucidatura metallografica può provocare graffi sulla superficie del campione, soprattutto se il materiale contiene fasi con valori di durezza diversi. Questo non può mai essere escluso in caso di materiali compositi.
I contorni e i bordi del grano possono essere arrotondati.
I refrigeranti e i lubrificanti non devono reagire con il materiale poiché i materiali organici, come la carta o le fibre, si rigonfiano. Se le prestazioni di raffreddamento non sono sufficienti, i materiali del campione subiscono una degradazione termica e/o dei cambiamenti microstrutturali.

Il mercato degli strumenti per la levigatura e la lucidatura è molto diversificato e offre soluzioni adatte per un'ampia gamma di applicazioni. A seconda dell'applicazione e della capacità, sono disponibili semplici sistemi di levigatura e lucidatura da semi-manuali a completamente automatici. Anche l'ampia gamma di applicazioni parla da sé. Con materiali di consumo per levigatura e lucidatura accuratamente abbinati, combinati con parametri di preparazione adeguati, è possibile ottenere risultati eccellenti per quasi tutti i materiali. La levigatura meccanica e la lucidatura spesso sono l'unica tecnica di preparazione adatta per ceramiche, materiali compositi e plastiche caricate/rinforzate.

Per fornire assistenza all'utente, di seguito sono elencati alcuni suggerimenti e trucchi per la levigatura e la lucidatura metallografica.

1. Lucidatura metallografica e dinamiche di levigatura

Il posizionamento del porta campione rispetto al piatto di lavoro è un punto particolarmente importante nella preparazione metallografica semiautomatica e completamente automatica. Il posizionamento del porta campione, la velocità di rotazione, il senso di rotazione e la pressione di contatto sono fattori importanti per la durata dei materiali di consumo e la conseguente qualità della superficie.

Se il porta campione è posizionato troppo vicino al centro, il risultato sarà la dinamica di levigatura e lucidatura più sfavorevole (immagine 1).

Come mostrato nella seconda immagine, il posizionamento è ideale per la preparazione del campione metallografico durante la levigatura e la lucidatura. Il supporto del campione dovrebbe estendersi leggermente oltre il bordo del piatto di lavoro, da circa 5 a 10 mm. In questo modo i campioni si muovono ancora sul panno di lucidatura!

2. Code di cometa

In metallografia, le cosiddette code di cometa si verificano solitamente con inclusioni non metalliche, pori e fasi dure in una matrice di base morbida, se la sezione viene trattenuta in una sola direzione di levigatura o lucidatura durante la preparazione manuale. Questo artefatto è tipico per campioni voluminosi. Per una preparazione ottimale del campione metallografico, i campioni devono essere spostati in modo da impedire la creazione di una direzione preferenziale.

3. L'effetto Matita

Nella lucidatura metallografica, l'"effetto matita" è un artefatto diffuso che si forma durante le preparazioni manuali o a pressione singola. La superficie del campione si assottiglia verso il centro che è chiaramente visibile sulla superficie di levigatura. Questo problema si verifica quando si preparano campioni con pressione singola.

Le cause possono essere:

Porta campioni con un'apertura eccessivamente ampia, ad esempio eccessiva distanza del campione
Selezione di un diametro errato, ad esempio quando il diametro del campione è di 38 mm (1 ½ pollice), mentre il supporto del campione ha 40 mm
Forma del campione non adattata (ad esempio quando il campione è troppo alto, quindi si inclina avanti e indietro)
La pressione di contatto è troppo bassa, il campione inizia a inclinarsi in modo irregolare
Mancata aderenza ai parametri dinamici di levigatura e lucidatura
Il campione non è cilindrico (lo stampo di inglobamento potrebbe essere ovale)

4. Deposizione di agenti di levigatura e lucidatura metallografici

Abrasivi e altri agenti lucidanti per metallografia, come le particelle di carburo di silicio derivanti dalla carta abrasiva, diamanti da agenti lucidanti diamantati o ossidi dagli agenti lucidanti finali ossidanti, possono essere pressati nella superficie durante la preparazione del campione metallografico.
Ciò può verificarsi nelle seguenti situazioni:

In caso di levigatura metallografica a secco di materiali compositi costituiti da materiali molto duri e molto morbidi
In caso di pressioni di levigatura o lucidatura eccessivamente elevate durante la preparazione di materiali estremamente morbidi e/o materiali compositi con componenti di fasi morbide e dure
In caso di concentrazione eccessivamente elevata di abrasivi in combinazione con una pressione troppo alta
Selezione errata della granulometria dell'agente abrasivo e lucidante
Quando il film lubrificante si rompe durante la lucidatura. Se viene aggiunto poco lubrificante, i campioni possono riscaldarsi notevolmente
Quando si utilizza lubrificante con viscosità molto bassa
Se si sceglie il tampone abrasivo o il panno per lucidatura sbagliato (troppo duro o troppo morbido), prestare attenzione all'elasticità dell'impatto
In caso di movimento del campione troppo unilaterale

5. Preparazione metallografica di acciai nitrurati

Anche la direzione di levigatura può influenzare la qualità del risultato della preparazione metallografica: in questa preparazione manuale, il provino a sinistra è stato tenuto sulla carta SiC in modo tale che la direzione di levigatura del grano abrasivo conducesse dal provino di acciaio al materiale colato. Il fragile strato nitrurato è stato così pressato negli spazi più piccoli del composto di inglobamento, provocando delle rotture.

Il problema è stato risolto ruotando il campione, che doveva essere levigato dal composto di inglobamento al campione. Il risultato (campione a destra) non è stato completamente lucidato per rendere chiaramente visibile il problema e la soluzione.

DIN 30902:2016-12 (Trattamento termico di materiali ferrosi – Determinazione microscopica dello spessore e della porosità dello strato composto di pezzi nitrurati e nitro-carburati) Si raccomanda di avvolgere il provino con un foglio di alluminio o rame prima dell'inglobamento per proteggere lo strato composto durante preparazione.

Nell'immagine a sinistra viene mostrato un campione, mentre l'immagine a destra serve per il confronto con il campione non incartato. Entrambi i campioni sono stati inglobati in un giunto smerigliato per garantire una preparazione metallografica identica (seconda immagine).

Preparazione metallografica di acciai nitrurati

Preparazione metallografica di acciai nitrurati - 2

I risultati della preparazione metallografica mostrano che lo strato di composto nell'immagine superiore è di spessore non uniforme e mostra una forte scheggiatura. D'altra parte, lo strato composto nell'immagine inferiore è uniforme e privo di rotture e può quindi essere valutato in modo affidabile. È importante assicurarsi che lo strato bianco più spesso sopra l'effettivo strato adesivo non venga valutato, poiché si tratta del foglio di alluminio.

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