Pojem mikrostruktury lze definovat nezávisle na uvažovaných materiálech (kovy, keramika nebo plasty). Schatt a Worch to definují takto: „Koncept mikrostruktury označuje celkovou konformaci částice hmoty, jejíž orientace je na první pohled homogenní, pokud jde o její složení a uspořádání jejích složek. […] . Mikrostruktura je charakterizována tvarem, velikostí, proporcemi a strukturou fází. "
Oblasti mikrostruktury, nazývané krystaly (zrna, plniva nebo amorfní oblasti ), mají obecně mikroskopickou velikost a lze je kvalitativně i kvantitativně charakterizovat optickým mikroskopem . Tento obor se vztahuje na různé oblasti: metalografii na kovy, ceramography pro keramiku a plastography pro polymery.
Monokrystalické a amorfní materiály nevykazují žádnou mikrostrukturu viditelnou pod optickým mikroskopem.
U kovových pevných látek a slitin se rozlišuje mezi primární mikrostrukturou a sekundární mikrostrukturou, ačkoli v běžném jazyce tento termín nejčastěji označuje sekundární mikrostrukturu.
Primární mikrostruktura se tvoří po ochlazení roztavené krystalické látky . Při teplotě tuhnutí se kolem vnitřních míst náhodně distribuovaných v pastovité směsi tvoří krystaly . Tyto krystaly rostou během ochlazování, dokud nedojde ke kontaktu jejich periferií. Podle toho, zda se jedná o ochlazení jednofázové nebo vícefázové látky, může být krystalizace doprovázena podél dendritů jevy segregace . Segregace pocházejí z rozdílu teploty tuhnutí a rozpustnosti různých látek. Izolované krystaly, v závislosti na okolnostech tuhnutí a jejich poloze v roztavené látce, vykazují náhodné orientace a brání si v růstu.
Metalografické umožňuje vizualizovat heterogenity materiálu. U licích slitin také zdůrazňuje dendritickou strukturu.
V mnoha případech je tuhnutí litiny doprovázeno v důsledku heterogenity chlazení zbytkovými napětími, což je jev známý jako samo žíhání . Žíhání, jako každé tepelné zpracování , způsobuje jevy polymorfismu , strukturního vytvrzování a rekrystalizace , které jsou původem sekundární mikrostruktury. Vždy se jedná o reakce na pevné fázi .
Mikrostruktura je viditelná v (makro-) struktuře mnoha běžně používaných materiálů: například pozinkovaná ocel sloupů veřejného osvětlení nebo dálničních zábran představuje pouhým okem propletené pestrobarevné plátno polygonů (šedé až stříbrné). Každá polygonální fazeta je krystalit zinku zachycený na povrchu oceli. Atomy každého krystalu ovlivňují jedno ze sedmi možných trojrozměrných uspořádání (kubické, čtyřboké, šestihranné, monoklinické, trojkruhové, kosodélníkové nebo ortorombické), ale orientace těchto budov se liší od krystalitu k sousednímu krystalitu, a proto je světelný kontrast z jednoho aspektu do jiného na pozinkovaném povrchu. Průměrnou velikost zrna lze regulovat mechanickým nebo tepelným zpracováním a chemickým složením: většina slitin navíc obsahuje drobné krystality, které jsou neviditelné pouhým okem a které přispívají ke zvýšení tvrdosti materiálu. (Viz Hall-Petchův efekt ) .
Jednoduchý experiment umožňuje vizualizovat mikrostrukturu: roztavit pájku (slitina olova a zinku s 35% zinku) pomocí alkoholové lampy nebo Bunsenova hořáku v ocelovém kalíšku. Přidání kalafuny brání oxidaci povrchu ( struska je tlačena zpět do hmoty). Pomalu ochlazujte: krystalizace a tvorba mikrostruktury jsou viditelné pouhým okem.
Mikrostruktury kovových vzorků jsou podrobeny metalografii, která spočívá v analýze fotografií pořízených pod optickým mikroskopem . Distribuce velikosti krystalitů, jejich tvar a jejich uspořádání na hranicích zrn a detekce nečistot umožňují odvodit základní samonapětí a mechanické vlastnosti kovu.
Naopak, tepelné zpracování, aby bylo možné orientovat mikrostruktury kovů (a výsledných fyzikálních vlastností) poměrně přesně: je to, jak austenitické chromniklové oceli mají vysokou velikost zrn , která jim dává protáhlou strukturu a výrazný tvrdost .
Při katastrofách jsou mikrostruktury systematicky fotografovány, zejména v oblastech praskání.
Kvantitativní charakterizace mikrostruktury zahrnuje jak morfologická, tak mechanická data.
Moderní způsob analýzy morfologie je zpracování obrazu : umožňuje kvantifikovat objemové zlomky různých fází, morfologii inkluzí a nakonec orientaci krystalitů a dutin.
Mechanická charakterizace v mikrometrickém měřítku nejčastěji využívá nanoindentační test ; obvyklé mechanické zkoušky: jednoduchá zkouška tahem nebo dynamická mechanická spektrometrie (DMA), ve skutečnosti poskytují pouze makroskopické vlastnosti.
Naopak fázová identifikace pomocí obrazové analýzy umožňuje simulací mechanických vlastností mikrostruktury přiřazením statistického rozdělení tvrdosti krystalitům různých fází.
Zde je výběr mikrostrukturních diagramů:
Obecný případ
Čistá látka , slitina se segregací
Eutektoidní slitina s krystaly primeru A.
Eutektoidní slitina s primárními krystaly B.
Oceli