Граница кристалног зрна
Граница кристалног зрна одређује се као граница између два подручја исте фазе, али различите оријентације кристала. Она је подручје дисконтинуитета или несређености, које карактеризира повећана енергија. Тежња за смањењем енергије је “покретачка сила”, која настоји смањити подручје границе кристалног зрна. Енергија границе зрна расте с разликом у оријентацији зрна, а код разлике у оријентацији > 30° приближно је константна. [1]
Поликристални материјали какви су метали састоје се од много малих кристала или кристалних зрна, јер су настали из великог броја центара кристализације. Оријентација тих зрна је различита па је нарушена грађа кристала на њиховим додирним површинама које се називају границе кристалног зрна. Као плошне, дводимензијске несавршености, границе зрна захваћају велики обујам метала.
Врсте граница кристалног зрна
[уреди | уреди извор]С обзиром на кристалну структуру односно разлику у оријентацији постоје два типа граница зрна:
- границе зрна малог кута (мање од 1º),
- границе зрна великог кута
Границе зрна малог кута настале међусобним нагибом зрна састављене су од низа степенастих дислокација, за што постоје и експериментални докази. Границе зрна малог кута настале међусобним закретом зрна састоје се од вијчаних дислокација.
Границе зрна великог кута
[уреди | уреди извор]То су најчешће и типичне границе кристалног зрна, а њихова је ширина атомских димензија (од 2 - 3 атомска размака), што значи да се кристалне решетке обају зрна уско приближавају неометане. Такве границе често укључују и “велике” шупљине међу атомима, што омогућава бржу дифузију и апсорпцију страних атома.
Границе сраслаца
[уреди | уреди извор]То је специјални случај границе зрна, код којих су кристалити међусобно зрцално оријентирани. Постоје двије основне врсте оваквих граница: кохерентне и некохерентне.
Код кохерентних граница је граница зрна уједно и равнина срастања, што није случај код некохерентних граница. Кохерентна граница срастања има увијек нижу специфичну енергију него некохерентна граница, због једноставније структуре с мање грешака решетке.
Раст кристалног зрна
[уреди | уреди извор]Када се један обичан метал или легура без унутрашњих напрезања загријавају на довољно високој температури, границе зрна се лагано помичу и узрокују једнолично повећање величине зрна. Овај процес је познат као нормалан раст зрна. Он је много спорији од осталих типова миграције граница зрна. Покретачка сила за нормалан раст зрна је енергија повезана с границама зрна. Када се повећавају зрна смањује се укупна површина њихових граница, а сукладно томе и унутрашња енергија метала. Постоји ток материје из подручја вишег тлака у подручје нижег тлака, односно из подручја вишег активитета у подручје нижег активитета атома. [2]
Проматрањем мноштва кристалних зрна у металу опажа се, да зрна у принципу имају закривљене границе, а величина закривљености разликује се од зрна до зрна у овисности о њиховој величини, те о облику и величини сусједних зрна. Јасно је, да ће на конкавној страни границе зрна постојати већи активитет атома. Због разлике у активитетима атоми ће се помицати у радијалном смјеру, а границе зрна супротно томе у смјеру центра закривљености. При загријавању метала на одређеној температури стога се сукцесивно повећавају већа зрна, док мања ишчезавају.
Даљње разматрање указује на то, да су границе зрна с мање од 6 страница у принципу конкавне у односу на њихов центар, док су оне с више од шест страница конвексне, а овај ефект је то већи што је број страница већи од шест. То потврђује чињеницу, да је само шестерокут геометријски лик који се састоји од равних линија и има унутрашњи кут од 120º. Сва зрна с мање од 6 страница у основи су нестабилна и теже да се смање односно нестану, док она с више од шест страница теже да и даље расту. Друга је важна чињеница, да постоји одређени однос између величине зрна и броја његових страница. Мања зрна обично имају и мањи број страница, па није чудно да зрна с три странице најбрже нестају.
Зрна грубозрнатог челика расту на начин карактеристичан за једнофазне легуре. Ограничени раст зрна, код нижих температура загријавања за ситнозрнати челик је типично својство легура које садрже фино диспергирану другу фазу. Изнад неке више температуре долази до огрубљења зрна при чему неколико већих зрна дјеломично или потпуно замијене ситна зрна, која постоје у ширем подручју нижих температура. [3]
Извори
[уреди | уреди извор]- ↑ [1] Архивирано 2014-07-04 на Wаyбацк Мацхине-у "Физикална металургија I", др.сц. Тања Матковић, др.сц. Проспер Матковић, www.симет.унизг.хр, 2011.
- ↑ [2] Архивирано 2010-11-05 на Wаyбацк Мацхине-у "Материјали I", Изв. проф. др. сц. Лорета Поменић, www.ритех.унири.хр, 2011.
- ↑ "Техничка енциклопедија", главни уредник Хрвоје Пожар, Графички завод Хрватске, 1987.