Hva er en korngrense?

Når utsiden av et fast materiale poleres og deretter etset med syre, kan linjer sees på overflaten gjennom et lysmikroskop. Disse linjene er korngrensene, eller linjene som markerer ytterkanten av korn, krystalllignende former som dannes som et materiale avkjøles fra væske til faststoff. Faststoffer som ikke danner korn kalles amorfe, fordi atomene som komponerer dem ikke organiserer seg i mønstre som de gjør i krystallinske faste stoffer.

Kornene i krystallinske materialer dannes som ligner på måten snøfnuggkrystaller gjør som vannfrys. 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 væsken mellom korn som vokser mot hverandre har frosset til et faststoff, dannes en korngrense når veksten stopper.

Gode eksempler på krystallinske faste stoffer er metaller og metalllegeringer. Metallurgister, som takler å designe egenskaper til MetALS, finner ut at korngrensen er viktig for å endre metallers funksjon for forskjellige applikasjoner. Størrelsen og formen på korn og deres grenser kan endres gjennom oppvarming og avkjøling av metallet med forskjellige hastigheter, eller ved kaldt arbeid kortene, tynner dem ved å komprimere dem under påvirkning ved romtemperatur.

For å endre et metalls egenskaper, blir det utsatt for nok varme slik at korngrensene oppløses og reformerer en prosess som kalles annealing, der jo langsommere kjølehastigheten, jo større er det dannet kornstørrelse. Når en metalldel er stresset, beveger manglene og hullene i atomlagene til metallet, kalt dislokasjoner, fra kornet mot korngrensen. Hvis metallet blir avkjølt raskt, har kornene mindre tid til å vokse, de blir mindre, og dislokasjoner møtes opp med å motstå grenser, og gir styrke til metallet-småkornd jernlegeringer, for eksempel. Hvis metallet avkjøles sakte, er kornene større, fordi dislokasjoner har mer tid til å bevege seg mot grensen uten å forårsake starten av et større hull eller sprekk. Store korn sees i metaller, for eksempel kobber og aluminium, som er duktile, strekker seg lett og er treg til å sprekke.

Korngrensen er området på overflaten av et korn som er mer sårbart for både etsende angrep av 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 kornet metaller, men har en økt mulighet til å sprekke ved sine grenser, og har en tendens til å gjøre dem sprø og få dem til å bryte 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 thE -delen har før den ikke lenger kan fungere ordentlig.