Co je hranice zrna?
Když je vnější povrch pevného materiálu vyleštěn a pak leptán kyselinou, mohou se na jeho povrchu vidět světelné mikroskopy. Tyto čáry jsou hranicemi zrn nebo liniemi, které označují vnější okraj zrn, krystalické tvary, které se tvoří jako materiál chlazený z kapaliny na tuhou. Pevné látky, které netvoří zrna, se nazývají amorfní, protože atomy, které je skládají, se neorganizují do vzorů jako v krystalických pevných látkách.
Zrna v krystalických materiálech se podobají krystalům sněhové vločky, jako voda mrzne. Před zamrznutím kapaliny jsou uvnitř uvnitř chladnější místa než zbytek kapaliny. Zrno roste z těchto míst směrem ven, dokud nedosáhne jiného zrna a nezastaví se. Když veškerá kapalina mezi zrny rostoucími k sobě zamrzla do pevné látky, hranice růstu zrn se zastaví.
Dobrými příklady krystalických pevných látek jsou kovy a kovové slitiny. Hutníci, kteří se zabývají navrhováním vlastností na kovy, zjišťují, že hranice zrna je důležitá při změně fungování kovů pro různé aplikace. Velikost a tvar zrn a jejich hranice se mohou měnit zahříváním a ochlazováním kovu různými rychlostmi, nebo zpracováním zrn za studena, jejich ředěním jejich stlačováním při dopadu při pokojové teplotě.
Aby se změnilo vlastnosti kovu, je vystaven dostatečnému teplu, takže hranice zrn se rozpustí a reformují, což je proces nazývaný žíhání, kde čím nižší je rychlost chlazení, tím větší je velikost zrn. Při namáhání kovové části se defekty a díry v atomových vrstvách kovu, nazývané dislokace, pohybují zevnitř zrna směrem k jeho hranici zrn. Pokud je kov rychle ochlazován, zrna mají méně času na růst, zmenšují se a dislokace se setkávají s odporujícími hranicemi a zvyšují pevnost kovu - například slitiny železa s malou zrnitostí. Pokud kov vychladne pomalu, zrna jsou větší, protože dislokace mají více času na to, aby se pohybovaly směrem k hranici, aniž by způsobily začátek větší díry nebo trhliny. Velká zrna jsou vidět v kovech, jako je měď a hliník, které jsou tažné, snadno se prodlužují a pomalu se trhají.
Hranice zrn je oblast na povrchu zrn, která je zranitelnější jak vůči korozivnímu napadení chemickými znečišťujícími látkami, tak k nucenému růstu trhlin, což může v čase vést k selhání nebo zlomení kovové části. Kovy s malými zrny mají tendenci být silnější než kovy s většími zrny, ale mají větší příležitost k praskání na svých hranicích, které mají sklon k jejich křehkosti a způsobují je bez varování. Trhliny v tvárných kovových částech, jako jsou slitiny hliníku používané ve tryskách, s malým množstvím dislokací na hranicích zrn, rostou pomalu. Lze je bezpečně sledovat v čase, aby předpovídali, kolik života v kovové části zbývá, nebo kolik času má součástka, než již nebude moci správně fungovat.