Vad är en korngräns?

När utsidan av ett fast material poleras och sedan etsas med syra, kan linjer ses på dess yta genom ett ljusmikroskop. Dessa linjer är korngränserna, eller linjerna som markerar ytterkanten av korn, kristallliknande former som bildas när ett material kyls från flytande till fast. Fasta ämnen som inte bildar korn kallas amorfa, eftersom atomerna som utgör dem inte organiserar sig i mönster som de gör i kristallina fasta ämnen.

Kornen i kristallina material bildas på samma sätt som snöflingakristaller gör när vatten fryser. Innan en vätska fryser finns det platser inuti som är kallare än resten av vätskan. Kornet växer från dessa platser utåt tills det når ett annat spannmål och stannar. När all vätska mellan korn som växer mot varandra har frusit till ett fast ämne, bildas en korngräns när tillväxten stannar.

Bra exempel på kristallina fasta ämnen är metaller och metallegeringar. Metallurger, som sysslar med att designa egenskaper till metaller, finner att korngränsen är viktig för att förändra funktionen hos metaller för olika tillämpningar. Storleken och formen på korn och deras gränser kan ändras genom att värma och kyla metallen i olika hastigheter, eller genom att kallbearbeta kornen, förtunna dem genom att komprimera dem under stötar vid rumstemperatur.

För att ändra en metalls egenskaper utsätts den för tillräckligt med värme så att korngränserna löses upp och reformeras, en process som kallas glödgning, där ju långsammare avkylningshastighet, desto större kornstorlek bildas. När en metalldel är stressad, rör sig defekterna och hålen i metallens atomlager, kallade dislokationer, inifrån kornet mot dess korngräns. Om metallen kyls snabbt har kornen mindre tid att växa, de blir mindre och dislokationer möter motståndskraftiga gränser, vilket ger metallen styrka – till exempel småkorniga järnlegeringar. Om metallen svalnar långsamt, är kornen större, eftersom dislokationer har mer tid att röra sig mot gränsen utan att orsaka början av ett större hål eller spricka. Stora korn ses i metaller, som koppar och aluminium, som är formbara, sträcker sig lätt och är långsamma att spricka.

Korngränsen är det område på ytan av ett spannmål som är mer känsligt för både korrosiva angrepp av kemiska föroreningar och påtvingad spricktillväxt som med tiden kan resultera i att en metalldel går sönder eller går sönder. Metaller med små korn tenderar att vara starkare än större korniga metaller men har en ökad möjlighet att spricka vid sina gränser, tenderar att göra dem spröda och få dem att gå sönder utan förvarning. Sprickor i sega metalldelar, såsom aluminiumlegeringar som används i jetstrålar, med få dislokationer vid sina korngränser, växer långsamt. De kan spåras säkert över tid för att förutsäga hur mycket liv som finns kvar i en metalldel, eller hur lång tid delen har innan den inte längre kan fungera korrekt.