Essais et enquêtes sur les matériaux

L'analyse des défaillances consiste à examiner, tester et analyser systématiquement les composants afin d'identifier la cause et la séquence des événements qui conduisent à la défaillance d'un produit. Ces tests spécialisés peuvent varier considérablement en fonction du résultat obtenu.

Ce processus comporte généralement les étapes suivantes :

1. Collecte d’informations sur le composant, son application et son historique
2. Examen visuel détaillé
3. Documentation photographique des composants et preuves visuelles
4. Essais non destructifs
5. Examen stéréoscopique à faible grossissement ou imagerie 3D
6. Examen par microscopie électronique à balayage (MEB) à fort grossissement
7. Spectrométrie d’analyse élémentaire/MEB
8. Coupe de l’échantillon pour la microanalyse métallographique
9. Métallographie
10. Essais de dureté
11. Analyse chimique
12. Essais mécaniques
13. Examen détaillé des preuves et des données
14. Formulation d’une conclusion et d’un avis professionnels
15. Rapport interopérationnel de nos constatations et recommandations

La corrosion est un phénomène de réaction chimique qui entraîne la dégradation des matériaux et peut conduire à des défaillances graves ou catastrophiques. L'ingénierie d'investigation de la corrosion consiste à prélever des échantillons de corrosion et à les analyser afin de déterminer la source (cause première) et la gravité de la corrosion. Sur la base de ces analyses, nous fournissons des avis d'experts et des recommandations pour l'assainissement et la prévention de la corrosion.

L'équipe Rimkus Materials Testing and Investigation est spécialisée dans l'ingénierie d'investigation de la corrosion et les techniques analytiques utilisées pour identifier les mécanismes de corrosion. Nous disposons de l'expertise nécessaire pour recommander des alliages ou des revêtements plus résistants à la corrosion pour une application ou un environnement particulier, afin de prévenir les problèmes de corrosion récurrents. Notre système de spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS) peut analyser les dépôts de corrosion afin d'identifier l'agent corrosif. Nous disposons également de l'expertise et des capacités nécessaires pour proposer des essais accélérés au brouillard salin et d'autres essais de corrosion afin de déterminer l'adéquation des matériaux et des revêtements à des environnements spécifiques.

Une grande partie de l'ingénierie métallurgique est nécessaire pour produire avec succès des soudures solides dans les applications mécaniques et structurelles.

Nous pouvons fournir des tests de qualification des soudeurs et des procédures de soudage afin de garantir la conformité avec une grande variété de spécifications industrielles telles que celles établies par l'American Welding Society (AWS) et l'American Society of Mechanical Engineers (ASME).

Nous effectuons des essais de soudure pour évaluer la solidité, la ténacité, la fragilité, la dureté et d'autres propriétés des pièces soudées avant le début de la production. Notre équipe enquête également fréquemment sur les défaillances des soudures afin de déterminer la cause première de la fracture ou de la dégradation de l'élément soudé sur le terrain.

Qualifications des soudeurs et des procédures de soudage :

• Essais de pliage
• Essais Charpy Impact (CVN)
• Pénétrant fluorescent
• Inspection visuelle
• Tests de macro-gravure
• Traction

Notre microscope électronique à balayage (MEB), complété par un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (SDE), permet d'examiner et d'analyser des échantillons à des grossissements allant généralement de 5X à 20 000X. Grâce à notre microscope électronique à balayage ultramoderne, nos experts peuvent tout analyser, de la microstructure et de la surface de rupture aux produits de corrosion, en passant par les piqûres et les impuretés présentes dans le matériau.

La topographie de la surface de la fracture révélée à un plus fort grossissement peut révéler une quantité exorbitante d'informations :

• Type de contrainte (traction, cisaillement, torsion)
• Mode de rupture (ductile, cassant, fatigue, surcharge)
• Direction de propagation de la fracture
• Zone et mécanisme d’initiation de la fracture
• Contamination à l’intérieur de la microstructure
• Analyse élémentaire des produits de corrosion et des dépôts
• Composition élémentaire de très petites pièces
• Facteurs liés à la fabrication ou à la réparation qui ont contribué à la défaillance
• Autres facteurs liés à la cause de la défaillance

Le laboratoire d’essais et d’investigation des matériaux Rimkus dispose de deux systèmes commerciaux SEM/EDS strictement dédiés à l’analyse des matériaux et aux études de corrosion.

Les experts en essais et enquêtes sur les matériaux de Rimkus utilisent une variété de techniques d’essais non destructifs, notamment :

• Spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS)
  • Microscopie électronique à balayage (MEB)
• Profil de surface 3D haute résolution
  • Mesures de profil 3D
  • Finition de surface/rugosité
• Ressuage (PT)
  • Différents types de méthodes de PT liquide sont utilisés pour détecter les défauts de matériaux ouverts à la surface ou pour détecter les fissures de surface ouvertes. Des colorants rouges ou des pénétrants fluorescents sont utilisés ainsi que divers types de révélateurs humides et secs.
• Inspection par magnétoscopie (MPI)
  • Procédé de détection de discontinuités de surface et de sous-surface peu profonde dans des matériaux ferromagnétiques
• Dureté portable
  • Rockwell, Brinell, Leab
• Inspection visuelle et à faible grossissement
• Spectromètre portable à fluorescence X (XRF)

La métallographie est l'étude des microstructures des matériaux métalliques. Les propriétés d'un matériau et ses performances dans une application spécifique dépendent de sa microstructure. Rimkus utilise de nombreux types et grossissements de microscopes optiques et numériques à haute résolution au cours du processus d'examen métallurgique.

Les analyses de la microstructure d'échantillons sectionnés permettent de déterminer les propriétés des matériaux, la propagation des fractures, la morphologie des piqûres de corrosion, le traitement thermique, la qualité et l'épaisseur du placage et du revêtement, la taille des grains, les dommages dus à la surchauffe, la contamination des matériaux, les caractéristiques des défauts, la qualité des soudures, les défauts de conception de la fabrication et les mécanismes des défauts.

L'équipe de Rimkus Materials Testing and Investigation possède une formation et des connaissances avancées en matière de procédures de préparation métallographique, depuis le sectionnement et l'enrobage de l'échantillon jusqu'aux étapes de meulage et de polissage, en passant par la sélection appropriée et les techniques de gravure du matériau testé. Notre personnel de laboratoire expert est sollicité pour fournir des techniques de préparation d'échantillons métallurgiques et leurs interprétations ultérieures à des clients de tout le pays.

Au cours de la fabrication, des défauts peuvent apparaître à plusieurs stades de la transformation. Grâce à l'équipement analytique de pointe nécessaire, à la formation des experts et à l'expérience, les experts de Rimkus en matière d'essais et d'enquêtes sur les matériaux effectuent des enquêtes de haut niveau sur les défauts afin d'identifier l'étape de traitement spécifique au cours de laquelle un défaut s'est produit. Nos experts ne se contentent pas d'interpréter les résultats, ils peuvent également formuler des recommandations pour éviter de nouveaux défauts.

En fournissant une recherche de défauts de haute qualité ainsi que d'autres méthodes d'essai des matériaux, notre équipe peut déterminer si un produit est tombé en panne à cause de défauts ou d'imperfections produits au cours du processus de fabrication ou si la panne a été causée par une utilisation normale ou anormale.

L'utilisation d'un microscope électronique à balayage (MEB) avec un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (SDE) est une technique analytique avancée qui permet à l'opérateur d'identifier la caractérisation chimique/l'analyse élémentaire des matériaux. L'analyse EDS permet d'identifier la composition élémentaire de particules fines à microscopiques ou de régions plus grandes à la surface des échantillons.

Au cours d'un examen au microscope électronique à balayage, les emplacements, les dépôts ou les zones d'intérêt sont analysés à l'aide d'un EDS fixé au microscope électronique à balayage. La microanalyse EDS est réalisée en mesurant l'énergie et l'intensité des signaux générés par un faisceau d'électrons focalisés balayant l'échantillon.

Carte à points élémentaire

La cartographie des éléments mesure la distribution des éléments individuels sur la surface exposée d'un échantillon. En général, cette technique produit une analyse d'un champ de vision en utilisant le faisceau d'électrons à balayage en conjonction avec le détecteur EDS, selon un modèle de grille pour produire une carte. Cette analyse est particulièrement utile pour identifier la contamination, les couches de revêtement/placage, la diffusion pendant le soudage et les produits de corrosion.

Les experts de Rimkus ont une grande expérience des essais mécaniques pour déterminer la conformité des matériaux aux normes et spécifications applicables. Nous avons une connaissance approfondie de la méthodologie des essais mécaniques et sommes hautement qualifiés dans l'interprétation des résultats.

Notre équipe peut effectuer des essais mécaniques et des essais de matériaux dans le cadre d'un programme d'assurance qualité, d'un programme d'ingénierie de fabrication, d'une analyse de défaillance ou pour la recherche et le développement de matériaux. Les essais peuvent être réalisés conformément aux spécifications ASTM ou à d'autres normes reconnues par l'industrie.

L'équipement d'essai mécanique interne est utilisé pour les essais de matériaux suivants :

• Essais de pliage
• Essais de traction
• Essais de compression
• Essais CVN (Charpy V-notch)
• Essais de microdureté (Knoop, Vickers)
• Dureté Rockwell
• Dureté Brinell

La rétro-ingénierie est la méthode d’identification et d’analyse des matériaux et des traitements utilisés pour fabriquer des composants afin de créer des produits aux propriétés identiques. En déterminant les propriétés des matériaux telles que la composition chimique, le traitement thermique, le type de revêtement et l’épaisseur du revêtement, la rétro-ingénierie peut être réalisée.

• Analyse chimique
  • Identifier la composition chimique des matériaux
• Métallographie/évaluation de la microstructure
  • Jeter
  • Forgé
  • Extrudé
  • Traitements de surface (nitrure, cémenté, etc.)
• Traitement thermique
  • Traverse de dureté ou de microdureté
  • Profondeur effective du boîtier
  • Microstructure
• Revêtements
  • Placage
  • Revêtement
  • Revêtements anodisés, phosphatés, de conversion, etc.

L'analyse chimique des métaux est une composante inestimable de l'analyse des défaillances ou de l'étude de la corrosion. Utilisée à des fins multiples, l'analyse chimique est cruciale pour l'identification des difficultés de fabrication, le respect des exigences en matière de contrôle de la qualité et la rétro-ingénierie des composants qui doivent être recréés.

L'analyse et la vérification de la composition chimique des matériaux permettent de s'assurer que chaque composant ou matériau brut est produit conformément à la spécification correcte de l'alliage du matériau. L'analyse de la composition chimique peut être effectuée à l'aide de diverses méthodes qui comparent les résultats aux normes industrielles appropriées, telles que ASTM, SAE, etc. Notre équipe d'experts analyse régulièrement la teneur en alliages d'une large gamme de matériaux, notamment le fer, l'acier, l'aluminium, le cuivre, le nickel, le zinc, le titane et le plomb.

Pour les métaux, la technique de spectrométrie d'émission optique (OES) utilise une étincelle à haute énergie créée entre une électrode et un échantillon du matériau à analyser. L'étincelle crée une émission de rayonnement à partir de la surface excitée de l'échantillon avec des longueurs d'onde caractéristiques de la composition chimique de l'élément. Le spectre de rayonnement est séparé en lignes d'éléments distinctes et l'intensité de chaque ligne est mesurée. Enfin, ces données sont converties avec précision en valeurs de concentration pour chaque élément présent.

L'OES reste la technique de référence pour l'analyse chimique directe d'échantillons métalliques solides. La combinaison inégalée d'exactitude, de vitesse élevée, de précision, de stabilité et de fiabilité en a fait un outil indispensable pour la production et la vérification de produits métalliques de qualité.

La reproduction métallographique sur le terrain est un essai (semi) non destructif nécessaire dans certaines applications où il n'est pas possible de retirer un composant du service ou lorsque la taille des composants ne permet pas une analyse en laboratoire.

Diverses techniques de reproduction permettent à nos experts de créer une copie portable de la microstructure en question sur le terrain. La reproduction implique l'élimination de la surface du matériau par un léger meulage, suivi d'un polissage à l'aide de grains fins.

Une fois la surface correctement polie et préparée, elle est ensuite attaquée avec différents acides pour révéler la microstructure du matériau. Le milieu de reproduction est ensuite appliqué et on le laisse durcir. Une fois le milieu de reproduction durci, il est retiré de l'échantillon, renvoyé à notre laboratoire et analysé à l'aide d'une variété de microscopes.

La réplication peut également être effectuée pour reproduire des surfaces pour l'état de surface ou d'autres tests, pour reproduire des formes, des piqûres de corrosion, des fissures ou toute autre surface nécessitant une imagerie ou des mesures.

Avec sa platine entièrement automatisée de 6 x 11 pouces, le Keyence VR à haute résolution améliore nos capacités de mesure et d'analyse des échantillons de grande taille. Il peut être utilisé dans presque toutes les industries et à chaque étape de l'ingénierie, de la recherche et du développement à la production, et du contrôle de la qualité à l'analyse des défaillances et à la recherche des défauts.

Le Keyence VR n'est que l'un des nombreux équipements technologiques et analytiques de pointe que nous utilisons pour aider nos clients à comprendre leurs affaires complexes.

• Mesure de profils complexes
  • Le Keyence VR peut scanner n’importe quel objet ou surface 2D ou 3D et fournir tout type de mesure de surface ou de profil 2D et 3D. Il permet également des mesures de finition de surface et de rugosité sans contact et l’évaluation de la planéité réelle de la surface.
• Finition de surface et rugosité
  • Les tests de finition de surface et de rugosité peuvent être réalisés dans notre laboratoire, ou in situ sur site, à l’aide de notre support de réplication haute résolution et sans retrait.
• Défaut et ajustement du produit
  • Un joint en caoutchouc a-t-il été mal installé ou était-il défectueux par le fabricant ? Le siège du joint correspondait-il aux dimensions du joint ? Nous pouvons utiliser les mesures de profil 3D haute résolution obtenues par le Keyence VR pour répondre à ces questions.
• Défauts de fabrication
  • Nous pouvons utiliser le Keyence VR pour l’évaluation des composants (tels que les raccords de plomberie) pour détecter des marques d’usure inhabituelles, des lignes de moulage, des déformations, des dommages aux filetages ou des piqûres de corrosion.
• Dommages environnementaux à la toiture
  • Les dommages causés aux bardeaux par la grêle dans l’environnement peuvent être difficiles à caractériser et à évaluer. Grâce à l’utilisation du Keyence VR, nous pouvons évaluer, caractériser et confirmer les dommages causés aux bardeaux de toiture.
• Analyse non destructive
  • Les mesures de profil 3D des engrenages et des bagues sont désormais possibles sans contrôle destructif. Cela permet à nos chefs de projet d’évaluer rapidement et efficacement les modèles d’usure avec une précision et une répétabilité élevées.
• Défauts de moule d’injection
  • Les moules d’injection et les matrices peuvent s’user de manière incorrecte, ce qui entraîne des défauts sur le produit final. Nous pouvons maintenant mesurer ces cicatrices d’usure et ces défauts pour caractériser et identifier les dimensions des moules et des matrices.

La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) est une technique analytique puissante utilisée pour identifier et caractériser la composition moléculaire de divers matériaux. Cette méthode utilise la lumière infrarouge pour détecter les fréquences vibratoires uniques des liaisons chimiques dans un échantillon, produisant un spectre infrarouge distinctif qui agit comme une "empreinte chimique". La FTIR est largement appréciée pour ses capacités d'analyse non destructives, fiables et polyvalentes, permettant des évaluations qualitatives et quantitatives des échantillons.

Applications des tests FTIR

La spectroscopie FTIR peut fournir des informations moléculaires détaillées qui sont essentielles pour comprendre et optimiser les matériaux dans diverses applications industrielles. La capacité à fournir des résultats précis et rapides fait des tests FTIR un outil crucial pour la recherche, le développement et le contrôle de la qualité. Les principales applications sont les suivantes

• Identification des matériaux: L'IRTF permet d'identifier des substances inconnues en comparant leurs spectres à des bibliothèques de référence. Elle est particulièrement utile pour analyser la composition des polymères, des plastiques et des élastomères, pour étudier la composition des matériaux composites et pour évaluer la composition et l'épaisseur des revêtements et des films minces.
• Contrôle de la qualité: L'IRTF peut aider à valider la cohérence et la qualité des produits en identifiant la composition chimique des matériaux. Elle détecte les contaminants, vérifie la pureté des matières premières et confirme la formulation des produits finis.
• Analyse environnementale: L'IRTF peut aider à identifier les polluants et les contaminants dans les échantillons environnementaux, tels que l'eau ou le sol, en détectant la présence de substances dangereuses.
• Produits pharmaceutiques / cosmétiques et soins personnels: L'IRTF peut évaluer les formulations de produits pour confirmer la composition correcte des ingrédients, contribuant ainsi à la conformité et à l'assurance qualité.
• La police scientifique: L'IRTF peut être utilisée dans le cadre d'enquêtes médico-légales pour analyser des substances inconnues trouvées sur les scènes de crime, telles que des drogues, des explosifs, des fibres et des résidus. Elle est également précieuse pour caractériser les traces de preuves telles que les peintures, les adhésifs et d'autres matériaux.
• Industrie alimentaire et des boissons: L'IRTF permet de vérifier la composition et l'authenticité des ingrédients alimentaires, ce qui permet de détecter les falsifications et de garantir le respect des normes de qualité.
• Toxicologie : L'IRTF peut être utilisée dans l'analyse toxicologique pour identifier les substances toxiques et les contaminants dans les échantillons biologiques, tels que le sang, l'urine ou les tissus. L'analyse FTIR fournit un profil spectral à utiliser en comparaison avec des spectres de référence de substances connues, ce qui facilite la détection de produits chimiques nocifs, de drogues et de toxines environnementales.