E2 Mikrostruktur: Korngröße

Thema

Die Korngröße dieses polykristallinen Metalls ist der grundlegende geometrische Parameter, der dieses Modell beschreibt. Sie wird direkt auf einem mikroskopischen Bild der Probe mit der gleichen linearen Schnittmethode gemessen, die ursprünglich von Heyn vorgeschlagen und bereits von einem anderen Modell dieser Reihe für denselben Zweck verwendet wurde. Da die mit dieser Methode beschriebene Linie bekannter Länge beim Abtasten des Bildes mehr Korngrenzen schneidet, ergibt sich für dieses Metall eine kleinere gemessene Korngröße.

Diese gemessene Korngröße kann auf zwei unterschiedliche, aber gleichwertige Weisen ausgedrückt werden: als ASTM-Index, eine numerische Skala, bei der jede Einheit etwa die Hälfte der Korngröße der vorherigen Einheit darstellt, oder direkt als äquivalenter Kreisdurchmesser, der Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche wie das durchschnittliche beobachtete Korn. Ein größerer ASTM-Index führt zu einem kleineren entsprechenden äquivalenten Kreisdurchmesser, da beide Methoden – in entgegengesetzter Richtung – dieselbe, zunehmend feinere Korngröße beschreiben.

Die Korngröße bestimmt gemäß der Hall-Petch-Beziehung auch die mechanische Festigkeit dieses Metalls. Diese wird in einem weiteren Modell dieser Reihe detailliert beschrieben: Korngrenzen wirken als Hindernisse für die Versetzungsbewegung. Je mehr Korngrenzen pro Volumeneinheit vorhanden sind, desto mehr Hindernisse muss jede Versetzung auf ihrem Weg überwinden. Eine kleinere Korngröße mit mehr Korngrenzen pro Volumeneinheit führt gemäß der Hall-Petch-Beziehung zu einer höheren mechanischen Festigkeit; eine größere Korngröße hingegen zu einer geringeren.

Dieses Modell, das auf der Korngröße und der Methode des linearen Schnittpunkts basiert, bestimmt somit auch die Kinetik zweier unterschiedlicher Umwandlungen, die in zwei weiteren Modellen dieser Reihe beschrieben werden: die Rekristallisation des Metalls, die umso schneller abläuft, je kleiner die Ausgangskorngröße ist, da mehr Korngrenzen für die Keimbildung neuer rekristallisierter Körner zur Verfügung stehen; und das Sintern des Metalls in Pulverform, das aus demselben geometrischen Grund ebenfalls umso schneller abläuft, je kleiner die Korngröße der Ausgangspartikel ist. Die Tatsache, dass diese Korngröße, die sowohl für die Kinetik als auch für die bereits durch die Hall-Petch-Beziehung ermittelte mechanische Festigkeit von entscheidender Bedeutung ist, mit zwei unabhängigen experimentellen Methoden gemessen werden kann, bedeutet, dass ein anderes Modell in diesem Satz sie mittels Röntgenbeugung unter Verwendung der Williamson-Hall-Analyse misst und damit die gleiche Korngröße bestätigt, die die lineare Schnittmethode bereits direkt auf einem mikroskopischen Bild misst.

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