Vad är en korngräns?

När utsidan av ett fast material är polerat och sedan etsas med syra, kan linjer ses på ytan genom ett ljusmikroskop. Dessa linjer är korngränserna, eller linjerna som markerar ytterkanten på korn, kristallliknande former som bildas som ett material kyler från vätska till fast. Fasta ämnen som inte bildar korn kallas amorf, eftersom atomerna som komponerar dem inte organiserar i mönster som de gör i kristallina fasta ämnen.

Kornen i kristallina material bildar som snöflakekristaller gör som vatten fryser. Innan en flytande fryser finns det platser inuti som är svalare än resten av vätskan. Kornet växer ut från dessa platser utåt tills det når ett annat spannmål och stannar. När all vätska mellan korn som växer mot varandra har fryst till ett fast ämne, bildas en korngräns när tillväxtstoppar.

Bra exempel på kristallina fasta ämnen är metaller och metalllegeringar. Metallurgister, som hanterar utformning av egenskaper till MetALS, finner att korngränsen är viktig för att ändra metallernas funktion för olika tillämpningar. Storleken och formen på korn och deras gränser kan ändras genom uppvärmning och kylning av metallen i olika hastigheter, eller genom att förkylning arbetar kornen, tunnare dem genom att komprimera dem under påverkan vid rumstemperatur.

För att ändra metallens egenskaper utsätts den för tillräckligt med värme så att korngränserna upplöses och reformeras, en process som kallas glödgning, där ju långsammare kylningshastigheten, desto större bildas kornstorleken. När en metalldel är stressad, rör sig defekterna och hålen i de atomiska skikten av metallen, kallade dislokationer, inifrån kornet mot dess korngräns. Om metallen kyls snabbt har kornen mindre tid att växa, de blir mindre och dislokationer möter motståndande gränser och lägger styrka till metallen-smågränD järnlegeringar, till exempel. Om metallen svalnar långsamt är kornen större, eftersom dislokationer har mer tid att gå mot gränsen utan att orsaka början av ett större hål eller spricka. Stora korn ses i metaller, såsom koppar och aluminium, som är duktila, sträcker sig lätt och är långsamma att spricka.

Korngränsen är området på ytan av ett korn som är mer sårbart för både frätande attack av kemiska föroreningar och tvingad spricktillväxt som med tiden kan leda till misslyckande eller brott, av en metalldel. Metaller med små korn tenderar att vara starkare än större metaller men har en ökad möjlighet att spricka vid sina gränser, tenderar att göra dem spröda och få dem att bryta utan varning. Sprickor i duktila metalldelar, såsom aluminiumlegeringar som används i strålar, med få dislokationer vid deras korngränser, växer långsamt. De kan spåras säkert över tid för att förutsäga hur mycket liv som finns i en metalldel, eller hur mycket tid somen del har innan den inte längre kan fungera korrekt.