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metallografìa

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Definizione

sf. [sec. XVIII; metallo+-grafia]. Scienza che studia la struttura dei metalli e delle leghe mediante l'applicazione di tecniche basate sulla radio- e gammagrafia e sull'uso del microscopio.

Tecnica: l'uso dei raggi X

È possibile individuare il reticolo cristallino dei materiali e studiare molti fenomeni che avvengono nei materiali metallici stessi. Infatti, poiché le distanze tra i piani di un reticolo cristallino sono dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda dei raggi X, è possibile determinare il valore della distanza tra i piani reticolari stessi, in base alla legge di Bragg. I campi di applicazione dei metodi radiografici nel settore metallurgico sono numerosi. Così è possibile identificare, oltre che la struttura reticolare dei metalli, dei composti intermetallici, delle soluzioni solide, ecc., le fasi presenti in sistemi metallici complessi (e quindi approfondire la conoscenza dei rispettivi diagrammi di stato) e seguire molti processi tecnologici (per esempio trattamenti termici) nei quali avvengono trasformazioni di fase. L'analisi radiografica permette inoltre di evidenziare la presenza di sforzi interni nei metalli, di valutare l'orientazione preferenziale dei cristalli, in un materiale metallico policristallino, di rilevare la presenza di difetti di lavorazione, come inclusioni o soffiature, ecc. Nella maggior parte dei casi non si dispone di un monocristallo da sottoporre ad analisi radiografica, ma il campione, costituito da una polvere o ridotto in polvere, viene introdotto in un dispositivo che permette di sottoporlo alla radiazione X in modo che l'incidenza avvenga secondo tutte le orientazioni possibili e di registrare fotograficamente gli spettri così ottenuti (spettrogrammi di polveri o di Debye). Nelle prove macroradiografiche, al contrario delle precedenti, il materiale metallico viene a costituire un mezzo parzialmente opaco ai raggi per cui difetti di fabbricazione del pezzo in esame (inclusioni, soffiature, cricche, ecc.) provocano un assorbimento differenziato della radiazione incidente. Tali difetti possono essere allora resi evidenti mediante opportuna registrazione fotografica.

Tecnica: l'uso del microscopio

È possibile studiare la morfologia strutturale, ovvero i costituenti strutturali, dei materiali metallici. Per questo studio assume grande importanza il prelievo dal materiale metallico dei campioni destinati all'osservazione, in quanto i campioni stessi devono fornire indicazioni “medie” della struttura dell'intero materiale. Così, nel caso di leghe soggette a fenomeni di liquazione, i campioni devono essere più di uno e presi, per esempio, andando dal cuore alla periferia del pezzo. È importante tenere presente che il taglio del campione e le successive lavorazioni vanno eseguite con estrema cura per evitare eventuali trasformazioni strutturali del materiale metallico indotte dalla deformazione plastica e/o dal riscaldamento. Quando il campione ha dimensioni molto piccole (per esempio fili, lamierini, ecc.) o quando interessa osservare la sezione trasversale fino alla superficie esterna (cementazione, nitrurazione, rivestimenti galvanici, ecc.), il campione viene inglobato in un materiale diverso, per esempio una lega a basso punto di fusione o una resina termoindurente o termoplastica. Ottenuto il campione con le dimensioni volute, si procede alla sua spianatura su fogli di carta smeriglio a secco o a umido a granulometria decrescente, appoggiati su una superficie dura e piana, avendo cura di ruotare di 90º il campione nel passaggio da una carta alla successiva. Terminata la pulitura su carte smeriglio si inizia la lucidatura per mezzo di dischi ricoperti da un panno, rotanti con una velocità di qualche centinaio di giri al minuto, su ciascuno dei quali sono depositate paste diamantate di granulometria decrescente. Il campione che ha subito la pulitura, osservato al microscopio, appare come una superficie uniforme perfettamente lucida sulla quale si possono notare solo le discontinuità del materiale metallico (cricche), le inclusioni non metalliche o i composti non metallici colorati, in quanto per essi esistono già condizioni di “visibilità” (altorilievo, diverso colore, ecc.). In generale comunque i costituenti strutturali della lega vengono resi visibili, e quindi differenziabili, mediante l'attacco del campione che si effettua immergendo questo in un opportuno reattivo per un tempo adeguato. Nel caso di una lega formata da un solo costituente, per esempio una soluzione solida, l'attacco mette in evidenza i grani sia attaccandoli differentemente sia agendo preferenzialmente lungo il contorno. Nel caso invece di una lega formata da più costituenti l'attacco li differenzia colorandoli in modo diverso, oppure asportandone alcuni e altri no, con un effetto di bassorilievo. Il microscopio usato (microscopio metallografico) si differenzia da quelli di uso comune in quanto l'osservazione non viene fatta per trasparenza ma per riflessione e per il fatto che, nella maggior parte dei casi, ha incorporato un dispositivo per la fotografia del preparato.

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