Graangrenzen zijn grensvlakken waar kristallen van verschillende oriëntaties samenkomen. Een korrelgrens is een enkelfasige interface, waarbij kristallen aan elke kant van de grens identiek zijn, behalve in oriëntatie. De term “kristallietgrens” wordt soms, hoewel zelden, gebruikt. Graangrensgebieden bevatten die atomen die verstoord zijn door hun oorspronkelijke roosterlocaties, dislocaties en onzuiverheden die zijn gemigreerd naar de lagere energiekorrelgrens.
Een korrelgrens geometrisch behandelen als een grensvlak van een enkelkristal snede in twee delen, waarvan er één wordt geroteerd, zien we dat er vijf variabelen nodig zijn om een korrelgrens te definiëren. De eerste twee cijfers zijn afkomstig van de eenheidsvector die een rotatieas aangeeft. Het derde cijfer geeft de draaihoek van de korrel aan. De laatste twee getallen geven het vlak van de korrelgrens aan (of een eenheidsvector die normaal is op dit vlak).
Graangrenzen verstoren de beweging van dislocaties door een materiaal. Voortplanting van dislocatie wordt belemmerd vanwege het spanningsveld van het korrelgrensdefectgebied en het ontbreken van slipvlakken en sliprichtingen en algehele uitlijning over de grenzen. Het verkleinen van de korrelgrootte is daarom een gebruikelijke manier om de sterkte te verbeteren, vaak zonder in te boeten aan taaiheid, omdat de kleinere korrels meer obstakels creëren per oppervlakte-eenheid van het glijvlak. Deze kristalliet-grootte-sterkte-relatie wordt gegeven door de Hall-Petch-relatie. De hoge grensvlakenergie en de relatief zwakke binding in korrelgrenzen maken ze tot de aangewezen locaties voor het begin van corrosie en voor het neerslaan van nieuwe fasen uit de vaste stof.
Migratie van korrelgrenzen speelt een belangrijke rol in veel van de mechanismen van kruip. Migratie van korrelgrenzen treedt op wanneer een schuifspanning op het korrelgrensvlak inwerkt en ervoor zorgt dat de korrels gaan schuiven. Dit betekent dat fijnkorrelige materialen eigenlijk een slechte kruipweerstand hebben ten opzichte van grovere korrels, vooral bij hoge temperaturen, omdat kleinere korrels meer atomen bevatten in korrelgrenzen. Graangrenzen veroorzaken ook vervorming doordat ze bronnen en putten zijn van puntdefecten. Holtes in een materiaal hebben de neiging zich te verzamelen in een korrelgrens, en als dit in kritieke mate gebeurt, kan het materiaal breken.
Tijdens de migratie van de korrelgrens hangt de snelheidsbepalende stap af van de hoek tussen twee aangrenzende korrels . Bij een dislocatiegrens met een kleine hoek hangt de migratiesnelheid af van de vacatureverspreiding tussen dislocaties. In een dislocatiegrens met een hoge hoek hangt dit af van het atoomtransport door enkele atoomsprongen van de krimpende naar de groeiende korrels.
Korrelgrenzen zijn over het algemeen slechts enkele nanometers breed. In gewone materialen zijn kristallieten groot genoeg dat korrelgrenzen een klein deel van het materiaal uitmaken. Zeer kleine korrelgroottes zijn echter haalbaar. In nanokristallijne vaste stoffen worden korrelgrenzen een significante volumefractie van het materiaal, met ingrijpende effecten op eigenschappen als diffusie en plasticiteit. In de limiet van kleine kristallieten, als de volumefractie van korrelgrenzen 100% nadert, heeft het materiaal geen kristallijn karakter meer en wordt het dus een amorfe vaste stof.
Korrelgrenzen zijn ook aanwezig in magnetische domeinen in magnetische materialen. De harde schijf van een computer is bijvoorbeeld gemaakt van een hard ferromagnetisch materiaal dat atoomgebieden bevat waarvan de magnetische momenten opnieuw kunnen worden uitgelijnd door een inductieve kop. De magnetisatie varieert van regio tot regio, en de verkeerde uitlijning tussen deze regio’s vormt de grenzen die essentieel zijn voor gegevensopslag. De inductieve kop meet de oriëntatie van de magnetische momenten van deze domeingebieden en leest ofwel een “1” of een “0” uit. Deze bits zijn de gegevens die worden gelezen. De korrelgrootte is belangrijk in deze technologie omdat het het aantal bits beperkt dat op een harde schijf past. Hoe kleiner de korrelgroottes, hoe meer gegevens er kunnen worden opgeslagen.
Vanwege de gevaren van korrelgrenzen in bepaalde materialen, zoals turbinebladen van superlegeringen, zijn grote technologische sprongen gemaakt om het effect zoveel mogelijk te minimaliseren. van korrelgrenzen in de bladen. Het resultaat was een gericht stollingsproces waarbij korrelgrenzen werden geëlimineerd door kolomvormige korrelstructuren te produceren die evenwijdig aan de as van het blad waren uitgelijnd, aangezien dit gewoonlijk de richting is van de maximale trekspanning die een blad voelt tijdens zijn rotatie in een vliegtuig. De resulterende turbinebladen bestonden uit een enkele korrel, wat de betrouwbaarheid verbeterde.
In het algemeen kunnen polykristallen niet oververhit worden; ze zullen snel smelten zodra ze op een voldoende hoge temperatuur zijn gebracht.Dit komt doordat korrelgrenzen amorf zijn en dienen als kiemvormingspunten voor de vloeistoffase. Als daarentegen geen vaste kern aanwezig is terwijl een vloeistof afkoelt, heeft deze de neiging onderkoeld te worden. Omdat dit bij mechanische materialen ongewenst is, nemen ontwerpers van legeringen er vaak maatregelen tegen (door korrelverfijning).