Korngrenzen

Korngrenzen sind Grenzflächen zwischen einzelnen Kristallkörnern in polycrystalinem Material. Jedes Korn besitzt eine eigene Kristallorientierung, die sich von den benachbarten Körnern unterscheiden kann. Die Grenzfläche wirkt als Barriere oder Brücke für Versetzungen und Diffusion.

Entstehung: Beim Abkühlen oder plastischen Verformen bildet sich ein Gefüge aus vielen Kristallorientierungen. Die Verteilung der Orientierung (Misorientation) bestimmt die Art der Korngrenze. Tiefwinkelgrenzen (niedrige Misorientierung) und Hochwinkelgrenzen (hohe Misorientierung) unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Spezielle Grenzen, wie CSL-Grenzen (Coincidence Site Lattice), weisen geringe Energie auf und oft verbesserte Beständigkeit gegen bestimmte Beanspruchungen. Korngrenzen können sich während Rekristallisation oder Kornwachstum verschieben.

Auswirkungen auf Eigenschaften: Korngrenzen erhöhen die Festigkeit eines Materials durch die Einschränkung der Versetzungsbewegung (Hall-Petch-Effekt), können jedoch auch als spröde Pfade für Risse oder Diffusion dienen. Sie prägen Zugfestigkeit, Zähigkeit, Wärme- und Korrosionsverhalten. Unter hohen Temperaturen dienen sie als Diffusionskanäle und beeinflussen Prozesse wie Rekristallisation und Kornwachstum. Verunreinigungen neigen dazu, an Korngrenzen zu segregieren, was zu intergranulärer Korrosion oder Versprödung führen kann.

Erkennung und Analyse: Mikroskopische Techniken wie EBSD (Elektronenrückstreuung) zur Orientierungskartierung, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) sowie Röntgendiffraktion werden verwendet, um Grenztypen, Misorientierung und Grenzflächen zu charakterisieren.

Bedeutung: In der Werkstofftechnik wird das Korngrenzenverhalten durch Wärmebehandlung, Legierungszusätze und Prozessführung beeinflusst, um eine Balance aus Festigkeit, Zähigkeit und Beständigkeit zu erreichen. Moderne Fertigungsprozesse wie Glühen, Wärme- und Kaltbearbeitung sowie additive Fertigung berücksichtigen Korngrenzen, um die Materialleistung zu optimieren.