Metallografie is het onderzoeken van metaalstructuren. Tegenwoordig heeft de beschrijving “Materialografie“ de voorkeur, dankzij het toenemende aantal samengestelde materialen zoals de ontwikkeling van aanvullende materialen (keramische-/metalen systemen, metaal-/kunststofsystemen, enz.). Implementatiegebieden van metallografie d.w.z. materialografie ligt voornamelijk in kwaliteitscontrole en schadeanalyse, evenals in R&D
De taak van metallografie (materialografie) is het bepalen van de structuur van het materiaal door middel van macro- en microscopische procedures. Zelfs metalen vertonen een kristalstructuur- op dezelfde wijze als niet-metallische kristallen zoals o.a. het kwarts bergkristal – waarvan de eigenschappen kwalitatief en kwantitatief kunnen worden vastgesteld.
Om een materiaal te kunnen onderzoeken en tot een tevreden conclusie over de kwaliteit te bekomen, is slijpen & polijsten van het sample een belangrijke initiële stap in metallografie (materialografie). Deze krasvrije stap die geschikt is voor macro en/of microscopische observatie moet een representatief, scherp en vlak oppervlak hebben van het te onderzoeken materiaal, die een duidelijke erkenning van zijn structuur mogelijk maakt. Daarom is het essentieel dat er geen krassen, ongewenste fracturen, vreemde lichamen of vervormingen optreden in de voorbereiding van het materiaal. De voorbereiding vindt gewoonlijk plaats in 6 stappen: doorslijpen, inbedden, slijpen, polijsten, etsen en microscopisch onderzoek. Ten slotte, evaluatie van het monster door middel van macro of microscopie alsook hardheidstesten.
Doorslijpen
Stap één omvat het afsnijden van een sectie die moet worden getest/onderzocht als een monster van het materiaal met behulp van een doorslijpmachine (bv. een nat schurende slijpmachine van de Brillant serie) en de bijhorende klemwerktuigen die zijn ontworpen om op strategische posities te kunnen klemmen. Als het monster groot genoeg is, kan het sample ingebed worden en vervolgens met een monsterhouder geslepen en gepolijst worden zonder verdere voorbereiding.
Speciale klemwerktuigen
Een bijna eindeloze lijst aan materialen en geometrieën moeten veilig gepositioneerd worden in de machine snijkamer. Naast het standaard assortiment, zijn er speciale klemsystemen voor buitengewone probleemmonsters, een voorbeeld hiervan is het gepulseerde klemsysteem voor CFK, GFK of titanium.
Inbedden
Kleinschalige monsters moeten eerst worden ingebed voor betere behandeling en/of randbescherming, die plaatsvindt met behulp van koude of warme inbed procedures. In het geval van de laatstgenoemde worden de monsters gemonteerd in een zogenaamde inbedpers, hierna aangeduid als de warme inbedpers, een van de series gekend als ”Opal“. Tijdens dit proces, wordt het sample omringd door speciaal kunststof granulaat (diverse Duro of thermoplastics), die vervolgens met behulp van warmte en hydraulische druk wordt samengedrukt. Door deze methode te gebruiken, betekent het dat het materiaal volledig omsloten is in kunststof en is daarom optimaal klaar voor de volgende metallografische voorbereidingstap.
Slijpen en polijsten
Om de kristalstructuur van het materiaal zichtbaar te maken, moet het oppervlak eerst worden geschuurd en gepolijst.
Het slijp- & polijstproces wordt uitgevoerd door middel van een slijp- en polijstmachine: hetzij met de hand, bijvoorbeeld met het ruw slijpen op een bandslijpmachine (”Jade“), of zoals het nu de regel is, automatisch – wat normaal is voor metallografie laboratoria van vandaag. In tegenstelling tot handmatig slijpen en polijsten wordt bij het automatisch slijpen het monster in een monsterhouder bevestigd en met een slijp- en polijstkop ("Rubin") op het slijpmiddel (slijpschijf, slijppapier enz.) gedrukt. Het slijp/polijst medium zit eigenlijk bovenop een werkwiel. Een reeks slijpstappen volgt, waarbij elke nieuwe stap gebruik maakt van een nog fijner slijpmedium, om stap-voor-stap de gewenste polaire oppervlakte te bekomen. Het monster moet na elke slijpstap 90° gedraaid worden om zo de groeven die overblijven van het vorige slijpproces te verwijderen. Gedurende het hele proces zorgt het gebruik van smeer- en koelvloeistof ervoor dat het sample afgekoeld wordt en schuurkorrels verwijderd worden. Het monster moet regelmatig worden gereinigd met water en alcohol tussen de stappen door om ervoor te zorgen dat afvalmateriaal (slib) en grove slijppartikels uit de vorige stap niet worden overgebracht naar de volgende stap.
De volgende polijstfase maakt gebruik van diverse polijstdoeken. De laatste krassen die overblijven van de vorige slijpfase worden weg gepolijst door een laatste laag te verwijderen. Deze stap in de metallografie wordt het beste geserveerd met een diamant suspensie in poly of mono-kristallijne vorm als laatste polijstmedium. In het bijzonder, wanneer veel samples achter elkaar gepolijst worden, is het gebruik van een automatisch slijp- & polijstmachine (zoals in het geval van Systemlabor of zelfs de Systemautomat) van voordeel.
Etching
After completion of the last polishing step, first predictions about the purity of the material can be ascertained through the different reflexions. In order to make the crystal structure visible for being contrasted, the sample has to undergo a further preparation step either manually per immersion into an etching liquid or through deployment of an electrolytic etching unit such as the model “Kristall“. The particular etching fluid for the particular sample has the effect of changing the reflexion behaviour of the integral crystalline component so that an optical difference is possible. Following etching, the sample is washed in alcohol and then rapidly & thoroughly dried under a flow of warm air.
Gebruik van de microscoop en evaluatie
Als de structuur op deze manier correct is aangepast, kan het sample geëvalueerd worden. Door observatie onder een macro- of microscoop alsook evaluatie door moderne beeldanalyse- en beeldarchiveerprogramma kunnen verklaringen zoals, warmtebehandelingstoestand, lasnaden, microstructuur en kwaliteit van het materiaal gemaakt worden. Bovendien kan metallografie vrijwel vaak conclusies trekken uit het productieproces en/of oorzaken bij schadegevallen.
Als en wanneer een hardheidstest moet worden uitgevoerd (micro- en universele hardheidstester) worden alle gebruikelijke testprocedures zoals volgens Vickers, Brinell, Rockwell of Knoop in gebruik genomen.
