Что такое граница зерна?

Когда внешняя поверхность твердого материала полируется, а затем травится кислотой, на его поверхности можно увидеть линии с помощью светового микроскопа. Эти линии представляют собой границы зерен, или линии, которые отмечают внешний край зерен, кристаллоподобные формы, которые образуются, когда материал охлаждается от жидкости до твердого вещества. Твердые частицы, которые не образуют зерна, называются аморфными, потому что составляющие их атомы не организуются в структуры, как в кристаллических твердых телах.

Зерна в кристаллических материалах образуются так же, как кристаллы снежинки при замерзании воды. Прежде чем жидкость замерзнет, ​​внутри нее есть места, которые холоднее, чем остальная жидкость. Зерно растет из этих мест наружу, пока не достигнет другого зерна и не остановится. Когда вся жидкость между зернами, растущими навстречу друг другу, замерзла в твердом теле, граница зерна образуется, когда рост прекращается.

Хорошими примерами кристаллического твердого вещества являются металлы и металлические сплавы. Металлурги, которые занимаются проектированием свойств в металлы, считают, что граница зерна важна для изменения функционирования металлов для различных применений. Размер и форму зерен и их границы можно изменять путем нагревания и охлаждения металла с различной скоростью или путем холодной обработки зерен, разжижая их, сжимая их под воздействием комнатной температуры.

Чтобы изменить свойства металла, он подвергается достаточному нагреву, так что границы зерен растворяются и преобразуются, процесс, называемый отжигом, при котором чем ниже скорость охлаждения, тем больше размер зерна, который образуется. Когда металлическая часть напряжена, дефекты и дыры в атомных слоях металла, называемые дислокациями, перемещаются изнутри зерна к его границе зерна. Если металл быстро охлаждается, зерна имеют меньше времени для роста, они становятся меньше, и дислокации встречаются с границами сопротивления, добавляя прочность металлу - например, мелкозернистым железным сплавам. Если металл охлаждается медленно, зерна становятся больше, потому что у дислокаций больше времени, чтобы двигаться к границе, не вызывая начала большего отверстия или трещины. Крупные зерна видны в металлах, таких как медь и алюминий, которые пластичны, легко растягиваются и медленно растрескиваются.

Граница зерна - это область на поверхности зерна, которая более уязвима как для коррозийного воздействия химических загрязнителей, так и для вынужденного роста трещин, что со временем может привести к разрушению или разрушению металлической детали. Металлы с мелким зерном имеют тенденцию быть прочнее, чем металлы с более крупными зернами, но имеют повышенную возможность растрескивания на своих границах, что делает их ломкими и заставляет их ломаться без предупреждения. Трещины в пластичных металлических деталях, таких как алюминиевые сплавы, используемые в струях, с небольшим количеством дислокаций на границах их зерен, растут медленно. Их можно безопасно отслеживать с течением времени, чтобы предсказать, сколько жизни осталось в металлической детали или сколько времени у детали до того, как она больше не сможет функционировать должным образом.