Hvad er en korngrænse?

Når ydersiden af ​​et fast materiale poleres og derefter ætses med syre, kan linier ses på dets overflade gennem et lysmikroskop. Disse linjer er korngrænserne, eller linierne, der markerer kanten af ​​yderkanten, krystallignende former, der dannes som et materiale, der køler fra væske til fast stof. Faststoffer, der ikke danner korn, kaldes amorf, fordi atomerne, der sammensætter dem, ikke organiseres i mønstre, som de gør i krystallinske faste stoffer.

Kornene i krystallinske materialer danner ligner den måde, som snefnugkrystaller gør, når vandet fryser. Før en væske fryser, er der steder inde, der er køligere end resten af ​​væsken. Kornet vokser fra disse steder udad, indtil det når et andet korn og stopper. Når al væsken mellem korn, der vokser mod hinanden, er frosset til et fast stof, dannes en korngrænse, når væksten stopper.

Gode ​​eksempler på krystallinske faste stoffer er metaller og metallegeringer. Metallurgister, der beskæftiger sig med at designe egenskaber til metaller, finder, at korngrænsen er vigtig for at ændre metallenes funktion til forskellige anvendelser. Størrelsen og formen på kornene og deres grænser kan ændres ved opvarmning og afkøling af metallet i forskellige hastigheder eller ved koldbearbejdning af kornene, ved at udtynde dem ved at komprimere dem under påvirkning ved stuetemperatur.

For at ændre et metalls egenskaber udsættes det for tilstrækkelig varme, så korngrænserne opløses og reformeres, en proces kaldet udglødning, hvor jo langsommere kølehastighed, jo større dannet kornstørrelse. Når en metaldel er stresset, bevæger defekter og huller i atomlagene i metallet, kaldet dislokationer, inden i kornet mod dens korngrænse. Hvis metallet afkøles hurtigt, har kornene mindre tid til at vokse, de bliver mindre, og forskydninger mødes med at modstå grænser og tilføje styrke til metallet - for eksempel småkornede jernlegeringer. Hvis metallet afkøles langsomt, er kornene større, fordi forskydninger har mere tid til at bevæge sig mod grænsen uden at forårsage starten af ​​et større hul eller revne. Store korn ses i metaller som kobber og aluminium, der er let, strækker sig let og er langsomt at revne.

Korngrænsen er det område på overfladen af ​​et korn, der er mere sårbart over for både et korrosivt angreb fra kemiske forurenende stoffer og tvunget revnevækst, der med tiden kan resultere i svigt eller brud på en metaldel. Metaller med små korn har en tendens til at være stærkere end større kornede metaller, men har en øget mulighed for at revne ved deres grænser, der har tendens til at gøre dem sprøde og få dem til at gå i stykker uden advarsel. Revner i duktile metaldele, såsom aluminiumlegeringer, der bruges i jetfly, med få dislokationer ved deres korngrænser, vokser langsomt. De kan spores sikkert over tid for at forudsige, hvor meget liv der er tilbage i en metaldel, eller hvor lang tid den har, før den ikke længere kan fungere korrekt.