O que é um limite de grão?

Quando o exterior de um material sólido é polido e depois gravado com ácido, as linhas podem ser vistas em sua superfície através de um microscópio óptico. Essas linhas são os limites dos grãos, ou as linhas que marcam a borda externa dos grãos, formas semelhantes a cristais que se formam quando um material esfria do líquido ao sólido. Os sólidos que não formam grãos são chamados amorfos, porque os átomos que os compõem não se organizam em padrões, como fazem nos sólidos cristalinos.

Os grãos dos materiais cristalinos são semelhantes aos cristais de floco de neve, assim como a água congela. Antes de um líquido congelar, há locais mais frios do que o restante do fluido. O grão cresce desses locais para fora até atingir outro grão e parar. Quando todo o líquido entre os grãos que crescem um para o outro se solidifica, um limite de grão se forma à medida que o crescimento para.

Bons exemplos de sólidos cristalinos são metais e ligas metálicas. Metalúrgicos, que lidam com o design de propriedades em metais, descobrem que o limite de grãos é importante na alteração do funcionamento dos metais para várias aplicações. O tamanho e a forma dos grãos e seus limites podem ser alterados através do aquecimento e do resfriamento do metal a taxas diferentes ou do trabalho a frio dos grãos, afinando-os, comprimindo-os sob impacto à temperatura ambiente.

Para alterar as propriedades de um metal, ele é exposto a calor suficiente para que os limites do grão se dissolvam e se reformam, um processo chamado de recozimento, onde quanto menor a taxa de resfriamento, maior o tamanho do grão formado. Quando uma parte de metal é estressada, os defeitos e buracos nas camadas atômicas do metal, chamados deslocamentos, movem-se de dentro do grão em direção ao seu limite de grão. Se o metal é resfriado rapidamente, os grãos têm menos tempo para crescer, tornam-se menores e as deslocações encontram limites resistentes, acrescentando força ao metal - ligas de ferro de grãos pequenos, por exemplo. Se o metal esfriar lentamente, os grãos são maiores, porque as deslocações têm mais tempo para se mover em direção ao limite sem causar o início de um buraco ou rachadura maior. Grãos grandes são vistos em metais, como cobre e alumínio, que são dúcteis, se estendem facilmente e demoram a quebrar.

O limite de grão é a área na superfície de um grão que é mais vulnerável ao ataque corrosivo por poluentes químicos e ao crescimento forçado de trincas que, com o tempo, pode resultar na falha ou quebra de uma peça metálica. Os metais com grãos pequenos tendem a ser mais fortes que os metais com grãos maiores, mas têm uma oportunidade maior de quebrar seus limites, tendendo a torná-los quebradiços e fazendo com que quebrem sem aviso prévio. As rachaduras nas partes metálicas dúcteis, como as ligas de alumínio usadas nos jatos, com poucas deslocações nos limites dos grãos, crescem lentamente. Eles podem ser rastreados com segurança ao longo do tempo para prever quanto tempo resta de uma peça de metal ou quanto tempo a peça tem antes que ela não possa mais funcionar corretamente.