Qu'est-ce qu'une limite de grains?

Lorsque l'extérieur d'un matériau solide est poli puis gravé avec de l'acide, les lignes peuvent être vues sur sa surface par un microscope optique.Ces lignes sont les joints de grains ou les lignes qui marquent le bord extérieur des grains, les formes de type cristal qui se forment comme un matériau refroidissent du liquide au solide.Les solides qui ne forment pas les grains sont appelés amorphes, car les atomes qui les composent ne s'organisent pas en motifs comme ils le font dans les solides cristallins.

Les grains dans les matériaux cristallins se forment de manière similaire à la façon dont les cristaux de flocon de neige le font lorsque l'eau gèle.Avant qu'un liquide ne gèle, il y a des emplacements à l'intérieur qui sont plus frais que le reste du fluide.Le grain pousse à partir de ces sites vers l'extérieur jusqu'à ce qu'il atteigne un autre grain et s'arrête.Lorsque tout le liquide entre les grains poussant les uns vers les autres s'est figé en un solide, une frontière de grains se forme à mesure que la croissance s'arrête.

Les bons exemples de solides cristallins sont les métaux et les alliages métalliques.Les métallurgistes, qui traitent de la conception de propriétés en métaux, constatent que la limite des grains est importante pour modifier le fonctionnement des métaux pour diverses applications.La taille et la forme des grains et de leurs limites peuvent être modifiées en chauffant et en refroidissant le métal à différents taux, ou en travaillant à froid les grains, en les amincissant en les compressant sous impact à température ambiante.

Afin de changer les propriétés d'un métal,Il est exposé à suffisamment de chaleur pour que les joints de grains se dissolvent et se réforment, un processus appelé recuit, où plus le taux de refroidissement est lent, plus la taille des grains est plus élevée.Lorsqu'une partie métallique est stressée, les défauts et les trous dans les couches atomiques du métal, appelées dislocations, se déplacent de l'intérieur du grain vers sa limite de grain.Si le métal est refroidi rapidement, les grains ont moins de temps pour se développer, ils deviennent plus petits et les dislocations rencontrent des limites de résistance, ajoutant de la force au métal mdash;alliages de fer à grain à petit, par exemple.Si le métal se refroidit lentement, les grains sont plus grands, car les dislocations ont plus de temps pour se déplacer vers la frontière sans provoquer le début d'un trou ou d'une fissure plus grand.De gros grains sont observés dans les métaux, comme le cuivre et l'aluminium, qui sont ductiles, s'étendent facilement et sont lents à se fissurer.

La limite du grain est la zone à la surface d'un grain qui est plus vulnérable à la fois à l'attaque corrosive par les polluants chimiques et à la croissance des fissures forcées qui, dans le temps, peuvent entraîner la défaillance ou la rupture d'une partie métallique.Les métaux avec de petits grains ont tendance à être plus forts que les métaux à grain plus grand mais ont une opportunité accrue de craquer à leurs limites, tendant à les rendre fragiles et à les faire se casser sans avertissement.Les fissures dans les pièces métalliques ductiles, telles que les alliages d'aluminium utilisés dans les jets, avec peu de dislocations à leurs joints de grain, se développent lentement.Ils peuvent être suivis en toute sécurité au fil du temps pour prédire la quantité de vie reste dans une partie métallique, ou combien de temps la pièce a avant de ne plus fonctionner correctement.