به علم و هنر آماده‌سازی نمونه‌های فلزی و بررسی ریزساختار میکروسکوپی آنها متالوگرافی گفته می‌شود. در بسیاری از مواد، دانه‌های تشکیل دهنده آنها دارای ابعاد میکروسکوپی هستند و قطری در ابعاد میکرومتری دارند. در نتیجه اجزای آنها باید با استفاده از چشم مسلح و میکروسکوپ‌ها مشاهده و بررسی شوند. اما مشکل فقط مسئله بزرگنمایی نیست. بلکه سطح ریزساختار نیز باید آماده شود. از آنجایی که در بررسی‌های میکروسکوپی فقط سطح اجسام مورد بررسی قرار می‌گیرد، باید سطح جهت دستیابی به اجزاء مهم ریز ساختار به صورت بسیار دقیق فراهم شود. به بررسی میکروسکوپی ریز ساختار و مجموعه فعالیت‌هایی که منجر به فراهم آمدن چنین سطحی می‌شود، متالوگرافی می گوییم که زیر مجموعه مهندسی و علم مواد قرار می‌گیرد.
در این فرآیند سطح نمونه باید در ابتدا ساییده و پولیش شده تا صاف و آینه‌ای شود که این کار با استفاده از پودرهای مخصوصی امکان‌پذیر است. به این منظور ابتدا قسمتی از فلز برش خورده را توسط سمباده هایی از شماره های زبر به شماره های نرم سمباده زده و سپس آن را بوسیله پارچه ماهوت که روی صفحه دوار نصب گردیده پرداخت می‌شود. سمباده زنی با شماره های محتلف برای ایجاد یک سطح کاملا صاف است. هنگام استفاده از پارچه ماهوت از ساینده اکسید آلومینیوم بسیار ظریف استفاده می‌شود که همراه آب روی پارچه ماهوت پاشیده می‌شود.
اکسید آلومینیوم، ساینده آلیاژ های آهنی است و برای آلیاژ های نرم تر از اکسید منیزیم استفاده می شود. پس از براق کردن و آینه ای کردن سطح نمونه آن را بوسیله محلولی خورنده مثلاً محلول پنج درصد اسید نیتریک و الکل و برای زمانی معین نگه میداریم تا قسمتی های مختلف از آن بطور غیر مساوی خورده شود که در نتیجه انعکاس نور در آنها متفاوت خواهد بود. در حقیقت از طریق عملیات اچ کردن مرزدانه ها خورده شده و شرایط برای مشاهده هر دانه محیا می شود. پس ریز ساختار را می‌توان با عملیات اچ کردن که از یک ماده شیمیایی مناسب استفاده می‌شود بدست آورد. اگر ابعاد نمونه کوچک باشد ابتدا آنرا مانت کرده تا نمونه به راحتی در دست قرار بگیرد و مراحل بعدی آسان تر انجام شود. بعد از انتخاب نمونه مناسب برای کار، متخصصان این امر مراحلی را برای رسیدن به سطحی مناسب طی می‌کنند که به‌طور کلی شامل مواردی مثل مقطع زدن، مانت کردن، سمباده کشیدن، پولیش کردن و اچ می‌شود. در پایان قطعه آماده شده برای آنالیز میکروسکوپی فرستاده می‌شود. در شکل زیر نمایی از مراحل متالوگرافی یک قطعه از برش زنی تا استفاده از میکروسکوپ نشان داده شده است.
کاربرد متالوگرافی در صنعت خودروسازی
- انتخاب و توسعه مواد: تحلیل ریزساختار مواد برای اطمینان از اینکه آنها نیازهای خاص قطعات مختلف خودرو را برآورده می‌کنند یا نه که به انتخاب و توسعه مواد با دوام و با عملکرد بالا کمک می‌کند.
- کنترل کیفیت: اطمینان از اینکه مواد استفاده شده در تولید، استانداردهای لازم را رعایت می‌کنند، با بررسی نقص‌های ریزساختاری مانند ترک‌ها، ناخالصی‌ها، اندازه دانه و توزیع فازها انجام می شود.
- تحلیل خرابی: بررسی علل اصلی خرابی مواد در قطعات خودرو، مانند خستگی، خوردگی یا عملیات حرارتی نادرست، از طریق بررسی ریزساختار قطعات معیوب انجام می گردد.
- بهینه‌سازی فرآیند: اصلاح و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید مانند ریخته‌گری، جوشکاری، شکل‌دهی و عملیات حرارتی با درک چگونگی تأثیر این فرآیندها بر ریزساختار و خواص مواد انجام می گردد.
- سبک‌سازی :پشتیبانی از توسعه مواد سبک مانند فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) و آلیاژهای آلومینیوم که برای کاهش وزن خودرو، بهبود کارایی سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ضروری هستند.
- آزمایش و پیشگیری از خوردگی: تحلیل ریزساختارها برای مطالعه مکانیزم‌های خوردگی و توسعه مواد یا پوشش‌هایی که در محیط‌های سخت خودروسازی مقاومت در برابر خوردگی دارند.
- تأیید عملیات حرارتی: اثربخشی فرآیندهای عملیات حرارتی با بررسی تغییرات در ریزساختار برای اطمینان از دستیابی به خواص مطلوب مواد مانند سختی و استحکام تایید می گردد.
- بازرسی جوش: ریزساختار اتصالات جوشکاری شده برای ارزیابی کیفیت و یکپارچگی جوش‌ها و بررسی نقص‌هایی مانند تخلخل، ترک و عدم جوشکاری مناسب برسی می شود.
- توسعه آلیاژهای با کارایی بالا: کمک به طراحی و بهبود آلیاژهای با کارایی بالا که می‌توانند شرایط سخت مانند قطعات موتور یا سیستم‌های اگزوز را تحمل کنند.
- تحلیل خستگی و شکست: ویژگی‌های ریزساختاری مرتبط با خستگی و شکست برای پیش‌بینی طول عمر قطعات خودرو تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای مطالعه می شود.
- ارزیابی عملیات سطحی: اثرات عملیات سطحی مانند پوشش‌دهی، کربوریزه کردن و نیتریدینگ بر ریزساختار و خواص سطحی مواد برای اطمینان از مقاومت در برابر سایش و خوردگی ارزیابی می شود.
- تحلیل پیوند و اتصال: ریزساختار مواد در سطح اتصالات چسبی یا لحیم‌کاری شده برای ارزیابی کیفیت و استحکام اتصالات انجام می گردد.
- مهندسی معکوس: تحلیل ریزساختار مواد رقیب یا معیار برای درک فرآیندهای تولید و خواص مواد آنها، کمک به توسعه محصولات مشابه یا بهبود یافته کمک می کند.
- تحلیل تریبولوژی: الگوها و مکانیزم‌های سایش در ریزساختارها برای توسعه مواد با مقاومت سایش بهتر برای قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها، بلبرینگ‌ها و سیستم‌های ترمز مطالعه می شود.
این کاربردها نشان می‌دهند که متالوگرافی چگونه نقشی اساسی در اطمینان از کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد قطعات خودرو در طول توسعه و چرخه عمر آنها دارد.
