A mikrostruktúra fogalma a figyelembe vett anyagtól (fémek, kerámia vagy műanyagok) függetlenül meghatározható. Schatt és Worch a következőképpen határozza meg: „A mikrostruktúra fogalma kijelöli az anyag egy részecskéjének általános konformációját, amelynek orientációja első közelítésben homogén, tekintettel az összetételére és az alkotórészek elrendezésére. […] . A mikrostruktúrát a fázisok alakja, mérete, arányai és textúrája jellemzi. "
A mikrostruktúra területei, az úgynevezett kristályok (szemcsék, töltőanyagok vagy amorf területek ) általában mikroszkopikus méretűek, és mind kvalitatív, mind kvantitatív szempontból optikai mikroszkóppal jellemezhetők . Ez a fegyelem kiterjed a különböző területeken: metallográfiai fémek, ceramography kerámia és plastography polimerek.
A monokristályos és amorf anyagok nem mutatnak optikai mikroszkóp alatt látható mikrostruktúrát.
A fémes szilárd anyagok és ötvözetek esetében különbséget tesznek az elsődleges mikrostruktúra és a szekunder mikrostruktúra között, bár a köznyelvben ez a kifejezés leggyakrabban másodlagos mikrostruktúrára utal.
Az elsődleges mikrostruktúra egy olvadt kristályos anyag lehűlésekor képződik . A megszilárdulási hőmérsékleten kristályok képződnek a pépes keverékben véletlenszerűen elosztott belső helyek körül . Ezek a kristályok a hűtés során növekednek, amíg perifériájuk érintkezésbe nem kerül. Attól függően, hogy egyfázisú vagy többfázisú anyag hűtése-e, a kristályosodás a dendritek mentén szegregációs jelenségekkel járhat . A szegregációk a különböző anyagok megszilárdulási hőmérsékletének és oldhatóságának különbségéből adódnak. Az izolált kristályok a megszilárdulási körülményektől és az olvadt anyagban elfoglalt helyzetüktől függően véletlenszerű irányokat mutatnak és akadályozzák egymást növekedésükben.
A metallográfia lehetővé teszi az anyag heterogenitásának vizualizálását. Az ötvözetek öntésénél a dendritszerkezetet is kiemeli.
Sok esetben, a megszilárdulása öntöttvas kíséri, ennek eredményeként a heterogenitása hűtéssel, a maradó feszültségek, amely jelenségnek ön- hőkezelés . Az izzítás, mint minden hőkezelés , a polimorfizmus , a szerkezeti keményedés és az átkristályosodás jelenségeit okozza , amelyek a másodlagos mikrostruktúra kiindulópontjai. Ezek mindig szilárd fázisú reakciók .
A mikrostruktúra sok általánosan használt anyag (makro) felépítésében látható: például a lámpaoszlopok vagy az autópálya-akadályok horganyzott acélja szabad szemmel egy sokszínű (szürke-ezüst) tarka vásznat mutat be. Minden sokszög alakú oldal egy cink- kristályos, amely az acél felületén rekedt. Az egyes kristályok atomjai befolyásolják a hét lehetséges háromdimenziós elrendezés egyikét (köbös, tetraéderes, hatszögletű, monoklinikus, triklinikus, romboéderes vagy ortorombos), de ezeknek az építményeknek az orientációja a kristályitól a szomszédos kristályitig változik, ezért az egyik oldalról érkező fénykontraszt horganyzott felületen egy másikra. Az átlagos szemcseméret mechanikus vagy hőkezeléssel, valamint kémiai összetétel alapján szabályozható: ráadásul a legtöbb ötvözet apró, szabad szemmel láthatatlan kristályokat tartalmaz, amelyek hozzájárulnak az anyag keménységének növeléséhez (vö. Hall-Petch hatás ) .
Egy egyszerű kísérlet lehetővé teszi a mikrostruktúra vizualizálását: a forrasztást (ólom-cink ötvözet 35% cinkkel) megolvasztani alkoholos lámpával vagy Bunsen-égővel acélcsészében . A gyanta hozzáadása megakadályozza a felület oxidációját (a salakot visszaszorítják a tömegbe). Lassan lehűl: a kristályosodás és a mikrostruktúra képződése szabad szemmel látható.
A fémminták mikrostruktúráit metallográfiának vetik alá , amely az optikai mikroszkóp alatt készült fényképek elemzéséből áll . A kristályok méreteloszlása, alakja és szemcsehatárokon történő elrendezése, valamint a szennyeződések kimutatása lehetővé teszi a fém alapvető önfeszültségeinek és mechanikai tulajdonságainak levezetését .
Ezzel szemben, hőkezelések lehetővé teszik, hogy tájolja a mikroszerkezet a fémek (és a kapott fizikai tulajdonságok) meglehetősen pontosan: ez hogyan ausztenites króm-nikkel acélok van egy nagy szemcseméretű ami nekik egy hosszúkás textúra , és egy hangsúlyos keménysége .
A katasztrófák , mikroszerkezeteiben módszeresen fényképezett, különösen azokon a területeken repedés.
A mikrostruktúra kvantitatív jellemzése morfológiai és mechanikai adatokat egyaránt tartalmaz.
A morfológia elemzésének modern módja a képfeldolgozás : ez lehetővé teszi a különböző fázisok térfogati hányadainak számszerűsítését , a zárványok morfológiáját, végül a kristályok és az üregek orientációját.
A mikrométer skálán történő mechanikus jellemzés leggyakrabban a nanoindentációs tesztet használja ki ; a szokásos mechanikai tesztek: egyszerű húzóvizsgálat vagy dinamikus mechanikus spektrometria (DMA) valójában csak makroszkopikus tulajdonságokat nyújtanak.
Ezzel ellentétben a képelemzéssel végzett fázisazonosítás lehetővé teszi a különböző fázisú kristályok statisztikai keménységeloszlásainak tulajdonítását a mikrostruktúra mechanikai tulajdonságainak szimulálására.
Itt található a mikrostruktúra-diagramok válogatása:
Általános eset
Tiszta anyag , ötvözet szegregációval
Eutektoid ötvözet az A primer kristályaival
Eutektoid ötvözet primer B kristályokkal
Acélok