Ranh giới hạt là gì?

Khi bên ngoài của vật liệu rắn được đánh bóng và sau đó khắc bằng axit, các đường có thể được nhìn thấy trên bề mặt của nó thông qua kính hiển vi ánh sáng.Những dòng này là ranh giới hạt, hoặc các đường đánh dấu cạnh bên ngoài của các hạt, hình dạng giống như tinh thể hình thành như một vật liệu nguội đi từ chất lỏng đến rắn.Các chất rắn không hình thành hạt được gọi là vô định hình, bởi vì các nguyên tử tạo thành chúng không tổ chức thành các mẫu như chúng làm trong chất rắn tinh thể.Trước khi một chất lỏng đóng băng, có những vị trí bên trong mát hơn phần còn lại của chất lỏng.Các hạt phát triển từ các địa điểm này ra ngoài cho đến khi nó đến một hạt khác và dừng lại.Khi tất cả chất lỏng giữa các hạt mọc về phía nhau đã đông lạnh thành một vật rắn, một ranh giới hạt hình thành khi tăng trưởng dừng lại. Các ví dụ tốt về chất rắn tinh thể là kim loại và hợp kim kim loại.Các nhà luyện kim, những người đối phó với việc thiết kế các thuộc tính vào kim loại, thấy rằng ranh giới hạt rất quan trọng trong việc thay đổi hoạt động của kim loại cho các ứng dụng khác nhau.Kích thước và hình dạng của các hạt và ranh giới của chúng có thể được thay đổi thông qua việc sưởi ấm và làm mát kim loại ở các tốc độ khác nhau, hoặc do lạnh làm việc với các hạt, làm mỏng chúng bằng cách nén chúng dưới tác động ở nhiệt độ phòng. Để thay đổi tính chất của kim loại,Nó được tiếp xúc với đủ nhiệt để các ranh giới hạt hòa tan và cải cách, một quá trình gọi là ủ, trong đó tốc độ làm mát càng chậm, kích thước hạt càng lớn hình thành.Khi một phần kim loại bị căng thẳng, các khiếm khuyết và lỗ hổng trong các lớp nguyên tử của kim loại, được gọi là trật khớp, di chuyển từ bên trong hạt về phía ranh giới hạt của nó.Nếu kim loại được làm mát nhanh chóng, các hạt có ít thời gian để phát triển hơn, chúng trở nên nhỏ hơn và trật khớp gặp nhau với các ranh giới chống lại, thêm sức mạnh cho kim loại mdash;Hợp kim sắt hạt nhỏ, ví dụ.Nếu kim loại nguội dần, các hạt lớn hơn, bởi vì trật khớp có nhiều thời gian hơn để di chuyển về phía ranh giới mà không gây ra sự khởi đầu của một lỗ lớn hơn hoặc vết nứt.Các hạt lớn được nhìn thấy trong các kim loại, chẳng hạn như đồng và nhôm, có độ dẻo, dễ dàng mở rộng và chậm để nứt.Ranh giới hạt là khu vực trên bề mặt của một hạt dễ bị tấn công ăn mòn hơn bởi các chất gây ô nhiễm hóa học và sự phát triển vết nứt bắt buộc, theo thời gian, có thể dẫn đến thất bại, hoặc vỡ, của một phần kim loại.Kim loại có các hạt nhỏ có xu hướng mạnh hơn kim loại hạt lớn hơn nhưng có cơ hội tăng cường bị nứt tại ranh giới của chúng, có xu hướng làm cho chúng giòn và khiến chúng bị vỡ mà không cần cảnh báo.Các vết nứt trong các bộ phận kim loại dễ uốn, chẳng hạn như hợp kim nhôm được sử dụng trong Jets, với một vài trật khớp ở ranh giới hạt của chúng, phát triển chậm.Chúng có thể được theo dõi một cách an toàn theo thời gian để dự đoán mức độ sống còn lại trong một phần kim loại hoặc bao nhiêu thời gian trước khi nó không còn hoạt động đúng.