Hva er en korngrense?

Når utsiden av et fast materiale er polert og deretter etset med syre, kan det sees linjer på overflaten gjennom et lysmikroskop. Disse linjene er korngrensene, eller linjene som markerer ytterkanten av korn, krystalllignende former som dannes som et materiale som kjøler ned fra væske til fast stoff. Faststoffer som ikke danner korn kalles amorf, fordi atomene som komponerer dem ikke organiseres i mønstre som de gjør i krystallinske faste stoffer.

Kornene i krystallinske materialer danner lignende som snøfnuggkrystaller gjør når vannet fryser. Før en væske fryser, er det steder inne som er kjøligere enn resten av væsken. Kornet vokser fra disse stedene utover til det når et annet korn og stopper. Når all væske mellom korn som vokser mot hverandre har frosset til et fast stoff, dannes en korngrense når veksten stopper opp.

Gode ​​eksempler på krystallinske faste stoffer er metaller og metalllegeringer. Metallurgikere, som arbeider med å designe egenskaper til metaller, finner ut at korngrensen er viktig for å endre funksjonen til metaller for forskjellige bruksområder. Størrelsen og formen på kornene og deres grenser kan endres ved å varme og avkjøle metallet i forskjellige hastigheter, eller ved å bearbeide kornene, tynne dem ved å komprimere dem under påvirkning ved romtemperatur.

For å endre metallets egenskaper blir det utsatt for tilstrekkelig varme slik at korngrensene løses opp og reformeres, en prosess som kalles annealing, der jo saktere kjølehastighet, desto større kornstørrelse dannet. Når en metalldel er stresset, beveger manglene og hullene i atomlagene i metallet, kalt dislokasjoner, seg fra kornet mot korngrensen. Hvis metallet blir avkjølt raskt, har kornene mindre tid til å vokse, de blir mindre, og dislokasjoner møter opp mot motstående grenser, og gir styrke til metallet - for eksempel småkornede jernlegeringer. Hvis metallet avkjøles sakte, er kornene større, fordi dislokasjoner har mer tid til å bevege seg mot grensen uten å forårsake starten på et større hull eller sprekk. Store korn sees i metaller, som kobber og aluminium, som er mykt, strekker seg lett og er treg å sprekke.

Korngrensen er området på overflaten av et korn som er mer sårbart for både etsende angrep fra kjemiske miljøgifter og tvunget sprekkvekst som med tiden kan føre til svikt eller brudd på en metalldel. Metaller med små korn har en tendens til å være sterkere enn større kornede metaller, men har en økt mulighet for sprekker ved deres grenser, og har en tendens til å gjøre dem sprø og få dem til å gå i stykker uten forvarsel. Sprekker i duktile metalldeler, for eksempel aluminiumslegeringer som brukes i jetfly, med få dislokasjoner ved korngrensene, vokser sakte. De kan spores trygt over tid for å forutsi hvor mye liv som gjenstår i en metalldel, eller hvor mye tid delen har før den ikke lenger kan fungere ordentlig.