加工硬化

work hardening

金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現象。又稱冷作硬化。產生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘餘應力等。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值和硬化層深度來表示。

在納米材料中也會出現加工硬化現象，此時的硬化行為多認為和位錯運動密切相關。

加工硬化給金屬件的進一步加工帶來困難。如在冷軋鋼板的過程中會愈軋愈硬以致軋不動，因而需在加工過程中安排中間退火，通過加熱消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表層脆而硬，從而加速刀具磨損、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性，特別是對於那些不能以熱處理方法提高強度的純金屬和某些合金尤為重要。如冷拉高強度鋼絲和冷卷彈簧等，就是利用冷加工變形來提高其強度和彈性極限。又如坦克和拖拉機的履帶、破碎機的顎板以及鐵路的道岔等也是利用加工硬化來提高其硬度和耐磨性的。

以低碳鋼拉伸的應力－應變(σ-ε)圖為例（見圖）。當載荷超過屈服階段cе后，進入強化階段еg,到某點k卸載時，應力不沿載入路線ocdеk返回，而是沿著基本平行於oɑ的直線ko1下降，產生塑性變形oo1。再載入時，應力沿o1k上升，過k點後繼續產生塑性變形，此時屈服極限已由σS提高到。如此反覆作用，每循環一次都產生一次新的塑性變形，並提高強度指標。但隨著循環次數的增加，加工硬化逐漸趨於穩定。這種加工硬化現象可解釋為：在塑性變形時晶粒產生滑移，滑移面和其附近的晶格扭曲，使晶粒伸長和破碎，金屬內部產生殘餘應力等，因而繼續塑性變形就變得困難，引起加工硬化。這種現象受到構成金屬基體的元素性質、點陣類型、變形溫度、變形速度和變形程度等因素影響。加工硬化可由真正應力-應變曲線來描述。

①經過冷拉、滾壓和噴丸（見表面強化）等工藝，能顯著提高金屬材料、零件和構件的表面強度；

②零件受力后，某些部位局部應力常超過材料的屈服極限，引起塑性變形，由於加工硬化限制了塑性變形的繼續發展，可提高零件和構件的安全度；

③金屬零件或構件在衝壓時，其塑性變形處伴隨著強化，使變形轉移到其周圍未加工硬化部分。經過這樣反覆交替作用可得到截面變形均勻一致的冷衝壓件；

④可以改進低碳鋼的切削性能，使切屑易於分離。但加工硬化也給金屬件進一步加工帶來困難。如冷拉鋼絲，由於加工硬化使進一步拉拔耗能大，甚至被拉斷，因此必須經中間退火，消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中為使工件表層脆而硬，再切削時增加切削力，加速刀具磨損等。