A macchina da taglio metallografica è il primo e più importante passo nella preparazione del campione: un taglio scadente introduce deformazioni, danni dovuti al calore o sbavature che nessuna quantità di lucidatura può rimuovere completamente in seguito. La differenza tra una sezione trasversale utilizzabile e un campione rovinato si riduce solitamente a tre fattori controllabili: selezione della lama, velocità di taglio e erogazione del refrigerante.
Perché la qualità del taglio determina il risultato dell'intero processo di preparazione del campione
Il sezionamento metallografico è fondamentalmente diverso dal taglio grezzo: l'obiettivo è rimuovere il materiale con una deformazione meccanica minima e un apporto di calore minimo, poiché entrambi possono alterare la microstruttura studiata. Un taglio che introduce uno strato di deformazione più profondo di quello che le successive fasi di levigatura e lucidatura possono rimuovere lascerà artefatti visibili al microscopio, portando a conclusioni fuorvianti sulla struttura dei grani, sulla durezza o sulla distribuzione delle fasi.
Questo è il motivo macchina da taglio metallograficas sono costruiti attorno a dischi da taglio abrasivi anziché a seghe a frizione o a nastro: il taglio abrasivo rimuove il materiale attraverso un'azione di molatura ad alta velocità che, se adeguatamente controllata, produce una superficie liscia e a bassa deformazione che richiede meno molatura successiva per raggiungere l'area di interesse.
Corrispondenza del tipo di ruota da taglio alla durezza del materiale
Le mole da taglio abrasive sono generalmente classificate in base alla grana abrasiva (ossido di alluminio o carburo di silicio) e alla durezza del legante. La regola generale è controintuitiva per molti nuovi arrivati: i materiali più duri richiedono ruote con legante più morbido , perché un legante più morbido rilascia i grani abrasivi opachi più velocemente, esponendo continuamente grani freschi e affilati anziché lasciare che la mola si lucidi e generi calore in eccesso.
| Materiale | Tipo abrasivo | Durezza del legame |
|---|---|---|
| Non ferrosi teneri (Al, Cu, ottone) | Carburo di silicio (SiC) | Legame duro |
| Acciaio dolce e a basso tenore di carbonio | Ossido di alluminio (Al2O3) | Legame medio |
| Acciaio temprato, acciaio per utensili | Ossido di alluminio (Al2O3) | Legame morbido |
| Ceramiche, compositi | Diamante o CBN | Legante resina o metallo |
Per materiali molto duri o fragili come carburi sinterizzati, ceramica e componenti elettronici, sono necessarie mole diamantate o CBN (nitruro di boro cubico), poiché le mole convenzionali in ossido di alluminio o carburo di silicio si usurano troppo rapidamente e generano calore eccessivo.
Velocità di taglio, velocità di avanzamento e loro ruolo nella generazione di calore
La maggior parte delle frese metallografiche da laboratorio funzionano con velocità della ruota nell'ordine di 1.500–5.000 giri/min , con la velocità ottimale in base al diametro della ruota e al materiale. Una mola di diametro maggiore richiede generalmente un numero di giri inferiore per mantenere la stessa velocità di taglio periferica, che è il parametro che governa effettivamente l'azione di taglio e la generazione di calore.
- Velocità di avanzamento più elevate riducono il tempo di taglio totale ma aumentano il rischio di surriscaldamento e bruciatura localizzata, in particolare su materiali sensibili al calore
- Velocità di avanzamento inferiori producono un taglio più pulito con minore deformazione ma prolungano il tempo del ciclo e possono aumentare l'usura della mola se una velocità troppo lenta provoca la smaltatura
- Il controllo automatico dell'avanzamento, disponibile sulla maggior parte delle macchine da taglio di precisione, mantiene una forza costante sulla ruota indipendentemente dall'input dell'operatore, importante per la riproducibilità su più campioni
- Le modalità di taglio pulsato o oscillante riducono l'accumulo continuo di calore per le leghe sensibili al calore, ritraendo brevemente la ruota a intervalli per consentire al refrigerante di lavare la zona di taglio
Sistemi di erogazione del refrigerante e perché la portata è importante tanto quanto il tipo di refrigerante
Il refrigerante ha due scopi nel taglio metallografico: rimuovere il calore dalla zona di taglio ed eliminare i detriti abrasivi che altrimenti ostruirebbero la mola e ridurrebbero l'efficienza di taglio. I refrigeranti idrosolubili con inibitori della corrosione sono standard per i materiali ferrosi, mentre i refrigeranti specializzati vengono utilizzati per materiali sensibili all'esposizione all'acqua, come le leghe di magnesio, che possono reagire con i fluidi a base di acqua.
La portata e il posizionamento degli ugelli sono fattori spesso sottovalutati. Un flusso di refrigerante che non punta direttamente all'interfaccia ruota-pezzo fornisce un vantaggio di raffreddamento minimo indipendentemente dal volume totale: la maggior parte delle frese di precisione utilizza doppi ugelli posizionati su entrambi i lati della ruota per garantire la copertura durante tutto il taglio, soprattutto quando la ruota avanza più in profondità nei campioni più spessi.
Bloccaggio e fissaggio dei campioni per tagli uniformi e ripetibili
Il bloccaggio incoerente è una fonte comune ma trascurata di difetti di taglio. Un campione che si sposta anche leggermente durante il taglio può causare la deflessione della mola, determinando una superficie di taglio ondulata o angolata che complica il montaggio e la molatura. I morsetti a morsa con inserti a ganascia regolabili si adattano a forme irregolari, mentre i dispositivi con blocco a V sono preferiti per campioni cilindrici come sezioni trasversali di barre o tubi per impedire la rotazione sotto la forza di taglio.
Per campioni piccoli o fragili (lamiere sottili, fili o ceramiche fragili) vengono spesso utilizzati dispositivi di supporto secondari o materiale di supporto sacrificale per evitare che il campione si rompa o venga lanciato dal morsetto quando la ruota esce dal taglio. La capacità di taglio massima, generalmente specificata come il diametro o la sezione trasversale più grande del campione che una macchina può ospitare, deve essere verificata rispetto alle dimensioni tipiche del campione poiché il suo superamento forza più tagli di riposizionamento che aumentano la possibilità di disallineamento tra le superfici tagliate.
