Il taglio o la sezionatura metallografica rappresentano solitamente la prima fase del processo di preparazione del campione metallografico. Nella maggior parte dei casi è necessario perché il pezzo o il corpo solido è troppo grande per le successive fasi di levigatura e lucidatura metallografica. Poiché sul mercato sono disponibili macchine mobili per la levigatura e la lucidatura, esiste sempre la possibilità di evitare il processo di sezionamento. A seconda delle geometrie dei pezzi, della durezza del materiale e delle tecniche analitiche impiegate, si utilizzano tecniche di taglio e materiali di consumo diversi.
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Preparazione del campione per l'analisi metallografica
I metodi tipici per campionare i materiali da analizzare al microscopio sono:
- Microtomia (comune per polimeri e metalli molto morbidi, può essere applicata solo per sezioni sottili)
- Sezionamento con seghe a nastro (metodo a basso costo con bassa qualità della superficie)
- Taglio con abrasivo a umido
L'industria e il mondo accademico preferiscono comunemente il taglio abrasivo a umido, un processo basato sulla macchina, per il suo impatto molto ridotto sulla struttura del materiale, rispetto ad altri metodi. Nel campo del campionamento metallografico, ciò significa solitamente la segmentazione meccanica dei componenti da esaminare.
A tale scopo, su un disco appropriato vengono utilizzate mole di diverso spessore, struttura e legami. Normalmente, sono costituite da un legante in resina fenolica o in gomma di una certa durezza e porosità in cui sono incorporati grani di ossido di alluminio o carburo di silicio di una certa granulometria.
Le seguenti linee guida devono essere applicate al processo di sezionamento in metallografia:
- Sezionamento mediante troncatrice ad umido con raffreddamento sufficiente e disco rotante. In caso contrario, la deformazione della superficie è talmente elevata da non poter essere corretta senza lunghe fasi di levigatura.
- Un raffreddamento ottimale è indispensabile per la valutazione. Una superficie eccessivamente riscaldata dà origine a idee sbagliate: gli artefatti simulano un risultato falso.
- È necessario aggiungere al refrigerante un agente anticorrosivo adeguato, altrimenti si rischia l'ossidazione superficiale. Questo è importante anche per proteggere l'interno della macchina.
- Le dimensioni e il design dipendono dalle dimensioni del campione: il criterio principale è la cosiddetta capacità di taglio.
Troncatrici metallografiche
Nella preparazione dei campioni metallografici, per il sezionamento dei materiali di utilizzano soprattutto macchine da taglio abrasive. Per ottenere un eccellente risultato del sezionamento, sia il processo di raffreddamento che il movimento preciso sono estremamente importanti: i comuni mezzi di raffreddamento consistono in una miscela di un agente anticorrosivo privo di acido borico e aminoacido con acqua, ad esempio si utilizza un concentrato appropriato diluito con acqua in un rapporto di 1:30. Si consiglia comunque di osservare attentamente le istruzioni del produttore per ottenere un processo ottimale. Inoltre, la pulizia (generalmente di priorità assoluta nella preparazione dei campioni metallografici) deve essere assicurata per l'interno della camera e per il sistema di drenaggio - questo influenza la precisione e la durata della macchina.
Le diverse tecniche di sezionamento metallografico
Taglio trasversale
In questo caso sono possibili due versioni:
- Il tavolo con il pezzo precedentemente fissato viene spostato sulla ruota fissa manualmente o automaticamente.
- La ruota viene spostata di conseguenza.
Taglio a pezzetti
Il pezzo in lavorazione viene fissato saldamente sul tavolo. La ruota viene quindi guidata manualmente o automaticamente dall'alto verso il basso sul pezzo fissato.
Taglio a step X
Il pezzo non viene sezionato in un'unica fase, ma a strati (in modo graduale). Questo tipo di sezionamento è particolarmente adatto per pezzi di materiale solido di grandi dimensioni e spessore.
Taglio a step Y
Il pezzo non viene sezionato in un'unica fase, ma a strati (in modo graduale). Questo tipo di sezionamento è particolarmente indicato per i pezzi grandi e spessi di materiale solido che devono essere bloccati sui bordi (piastre, angoli, ecc.).
Taglio Diagonale
Nel caso di un sezionamento diagonale, la tavola si muove all'indietro (asse X) mentre il disco si muove verso il basso (asse Y). Questo tipo di sezionamento è particolarmente adatto per pezzi asimmetrici o per compensare l'usura della ruota al fine di ottenere una profondità di taglio costante.
Taglio a Zig Zag
Il pezzo non viene sezionato in un'unica fase, ma a strati (in modo graduale). Il taglio a zig-zag viene effettuato al centro del componente.
Taglio di cura
Durante il funzionamento manuale, la tavola di serraggio (asse X) si muove avanti e indietro fino al completamento del taglio. Si inizia con il movimento davanti-indietro. Questo tipo di sezionamento è particolarmente indicato per i pezzi in cui è richiesto un bordo pulito e una lavorazione rispettosa del materiale (temperatura, deformazione) grazie alla minima superficie di contatto possibile.
Taglio di cura
Questo processo viene utilizzato soprattutto sulle troncatrici di precisione. Può essere utilizzato anche per pezzi di grandi dimensioni con i relativi porta-campioni rotanti. Il campione viene ruotato in senso orario o antiorario verso il disco di taglio. Sono possibili anche rotazioni a un quarto o a metà. Per un pezzo rotondo con un diametro di 50 mm, è sufficiente una distanza di taglio di 25 mm.
L'area tra il pezzo sezionato e il disco di taglio deve essere il minore possibile.
Ampia zona di contatto
Piccola zona di contatto
Come scegliere il disco da taglio più adatto
Come regola generale, i seguenti principi aiutano a scegliere il materiale giusto:
- Per i materiali duri, si raccomanda un legante morbido
- Per i materiali di media durezza, è più adatto un legante di media durezza.
- Per i materiali morbidi è necessario utilizzare un legante duro.
Per i materiali molto duttili, come il titanio o le materie plastiche, si utilizzano generalmente dischi di taglio in carburo di silicio come grana abrasiva (anch'esse legate alla resina).
Il diamante viene utilizzato per il sezionamento di materiali molto duri (ceramiche, plastiche rinforzate con fibre di vetro, minerali, vetro, ecc.) In questo caso, esistono due tipi principali di legante: quello a legante metallico, in cui i diamanti sono solitamente incorporati in un legante di bronzo, o quello a legante di resina sintetica. Questi ultimi sono particolarmente adatti per materiali molto fragili.
I dischi da taglio, rispetto alle lame, generano superfici più lisce e meno deformate, nonché rotture nei punti di entrata e uscita. Ciò riduce fortemente lo spessore dello strato di deformazione, che deve essere rimosso attraverso la levigatura metallografica.
Materiali dei dischi da taglio utilizzati in metallografia
L'usura (cioè la resistenza all'abrasione), la durata e le prestazioni di taglio sono importanti fattori che determinano la qualità. Gli agenti abrasivi (ossido di alluminio, carburo di silicio, diamante, nitruro di boro cubico (CBN), ecc.) e i leganti (metallo, resina sintetica o gomma) sono caratteristiche compositive. Per scegliere il materiale più adatto a un'applicazione specifica, si possono prendere in considerazione le seguenti tendenze:
- Corindone (ossido di alluminio - Al2O3) con legante in resina sintetica per tutti gli acciai. A seconda della durezza, vengono utilizzati leganti ottimizzati.
- Carburo di silicio (SiC) per metalli non ferrosi morbidi e di media durezza e per materiali non metallici duri (vetro, pietra).
- Diamante (C) per materiali ceramici duri, compositi ceramici e materiali geologici (rocce).
- Nitruro di boro (CBN - Cubic Boron Nitride) per leghe dure e resistenti a base di Co- e Ni, metalli duri, materiali compositi duri e acciai al carbonio da duri a molto duri.
Granulometria degli abrasivi
La granulometria dell'abrasivo nel disco da taglio è un aspetto da non trascurare per la preparazione dei campioni metallografici. Dovrebbe essere compresa tra 45 e 180 µm e consente di ottenere una superficie che permette un'ulteriore preparazione metallografica senza una levigatura planare orientata alla rimozione, se tutti i parametri sono impostati correttamente. Si raccomanda una grana molto fine quando si utilizzano mole sottili. La granulometria fine è importante anche se è necessario un sezionamento senza bave. Il grado di durezza della mola stessa non influisce sulla durezza dei grani abrasivi, ma piuttosto sulla durezza del legame, cioè sulla resistenza del singolo grano abrasivo alla rottura del materiale del legame.
- Per i punti di contatto di grandi dimensioni si dovrebbe utilizzare un legante più morbido. In questo modo si garantisce anche la rottura dei grani abrasivi usurati. Questo tipo di legante è adatto anche per i materiali sensibili al calore.
- Nel caso di aree di contatto più piccole, è adatto un materiale più duro e stabile. Questi dischi sono utilizzati anche per la sezionatura di tubi e profili. Il vantaggio è che il contatto con il pezzo è minore, dato che lo spessore della parete è solitamente ridotto.
Errori tipici del taglio metallografico
Gli strumenti e le impostazioni selezionati correttamente produrranno bordi come questi:
In caso di materiale solido, i bordi arrotondati indicano il risultato desiderato.
Gli spigoli vivi sono il segno di un disco selezionato correttamente per il materiale pieno o profilato e per i tubi di medio spessore.
Gli angoli concavi sono il risultato atteso quando si sezionano tubi e sezioni trasversali sottili.
Gli strumenti o le impostazioni selezionati in modo errato formano i seguenti bordi:
Se gli spigoli sono vivi, significa che è stato utilizzato un disco di materiale troppo duro. L'effetto può causare rotture e bruciature.
I bordi smussati indicano un raffreddamento errato o insufficiente. Ciò può provocare il deterioramento laterale del disco e ridurne la durata.
Gli angoli smaltati si formano se la grana dell'abrasivo non è stata rimossa e la mola può intasarsi. Oltre a un materiale selezionato in modo errato, la causa può essere anche un avanzamento troppo lento o una velocità di rotazione insufficiente.
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