Wat is een korrelgrens?
Wanneer de buitenkant van een vast materiaal wordt gepolijst en vervolgens met zuur wordt geëtst, kunnen lijnen op het oppervlak ervan worden gezien door een lichtmicroscoop. Deze lijnen zijn de korrelgrenzen, of de lijnen die de buitenrand van korrels markeren, kristalachtige vormen die worden gevormd als een materiaal dat afkoelt van vloeistof naar vast. Vaste stoffen die geen korrels vormen, worden amorf genoemd, omdat de atomen waaruit ze bestaan zich niet in patronen organiseren zoals in kristallijne vaste stoffen.
De korrels in kristallijne materialen vormen vergelijkbaar met de manier waarop sneeuwvlokkristallen doen als water bevriest. Voordat een vloeistof bevriest, zijn er locaties binnen die koeler zijn dan de rest van de vloeistof. Het graan groeit van deze plaatsen naar buiten tot het een ander graan bereikt en stopt. Wanneer alle vloeistof tussen korrels die naar elkaar toe groeien bevroren is tot een vaste stof, vormt zich een korrelgrens wanneer de groei stopt.
Goede voorbeelden van kristallijne vaste stoffen zijn metalen en metaallegeringen. Metallurgists, die zich bezighouden met het ontwerpen van eigenschappen in metalen, vinden dat de korrelgrens belangrijk is bij het veranderen van de werking van metalen voor verschillende toepassingen. De grootte en vorm van korrels en hun grenzen kunnen worden gewijzigd door het metaal met verschillende snelheden te verwarmen en af te koelen, of door de korrels koud te bewerken, te verdunnen door ze onder invloed bij kamertemperatuur samen te drukken.
Om de eigenschappen van een metaal te veranderen, wordt het blootgesteld aan voldoende hitte zodat de korrelgrenzen oplossen en opnieuw vormen, een proces dat gloeien wordt genoemd, waarbij hoe lager de koelsnelheid, hoe groter de gevormde korrelgrootte. Wanneer een metalen onderdeel wordt belast, bewegen de defecten en gaten in de atoomlagen van het metaal, dislocaties genoemd, van binnen de korrel naar de korrelgrens. Als het metaal snel wordt afgekoeld, hebben de korrels minder tijd om te groeien, worden ze kleiner en komen dislocaties samen met weerstandsgrenzen, waardoor het metaal sterker wordt - bijvoorbeeld ijzerlegeringen met een kleine korrel. Als het metaal langzaam afkoelt, zijn de korrels groter, omdat dislocaties meer tijd hebben om naar de grens te bewegen zonder het begin van een groter gat of barst te veroorzaken. Grote korrels worden gezien in metalen, zoals koper en aluminium, die ductiel zijn, zich gemakkelijk uitstrekken en langzaam barsten.
De korrelgrens is het gebied op het oppervlak van een korrel dat kwetsbaarder is voor zowel corrosieve aantasting door chemische verontreinigende stoffen als geforceerde scheurgroei die op termijn kan leiden tot het falen of breken van een metalen onderdeel. Metalen met kleine korrels zijn meestal sterker dan metalen met een grotere korrel, maar hebben een grotere kans om aan hun grenzen te barsten, waardoor ze bros kunnen worden en zonder waarschuwing kunnen breken. Scheuren in ductiele metalen delen, zoals aluminiumlegeringen die worden gebruikt in stralen, met weinig dislocaties aan hun korrelgrenzen, groeien langzaam. Ze kunnen in de loop van de tijd veilig worden gevolgd om te voorspellen hoeveel leven er nog in een metalen onderdeel zit, of hoeveel tijd het onderdeel heeft voordat het niet meer goed kan functioneren.