金属的加工硬化现象

一、金属的加工硬化现象

金属冷塑性变形时，随着变形程度的增加，不仅晶粒的外形会发生变化，晶粒内部的结构也会发生一系列显著的变化，这种变化对金属的性能将产生极大的影响。其中最重要的就是冷变形金属会产生加工硬化现象。

所谓加工硬化是指冷变形金属随着变形度的增加，变形阻力增大，金属的强度和硬度升高，而塑性、韧性降低的现象。如w_C=0．3%的碳钢，变形伸长率为20%时，σ_b由原来的500MPa升高到约700MPa，而当伸长率为60%时，σ_b升高到900MPa以上。低碳钢冷变形度对力学性能的影响如图5-10所示。

图5-10　低碳钢的冷变形度对力学性能的影响

加工硬化现象在工程技术中具有重要的实用意义。实际生产中常利用加工硬化来提高金属材料的强度。特别是对那些用热处理难以强化的金属材料来说，显得更为重要。例如某些不锈钢，经冷轧可使其强度提高近一倍。

加工硬化也是工件能够用塑性变形方法成形的重要因素。例如，冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，便不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才能得以继续通过模孔而成形。又如，金属材料在冷冲压过程中(见图5-11)，由于r处变形最大，首先产生加工硬化，当金属在r处变形到一定程度后，随后的变形即转移到其他部分，这样便可得到厚薄均匀的冲压件。

图5-11　冷冲压变形示意图

此外，加工硬化还可以提高构件在使用过程中的安全性。众所周知，任何最精确地设计和加工出来的零件，在使用过程中，各个部位的受力也是不均匀的，往往会在某些部位出现应力集中和过载现象，使该处产生塑性变形。如果金属材料没有加工硬化效应，则该处的变形会越来越大，应力会越来越高，最后将导致零件失效或断裂。正因为金属具有加工硬化这一性质，这种偶尔过载部位的变形会因材料的形变强化而自行停止，应力集中也可以自行减弱，从而提高了零件的安全性。

加工硬化对大多数金属材料来说是一种非常可贵的性质，在工程技术上有着广泛的用途。但它也有不利的一面，如使材料在冷轧时的动力消耗增大，且其加工量也受到明显的限制等。为了消除这种硬化现象以便继续进行冷变形加工，常常需要在工序间施以必要的热处理，这样就增加了金属制品的生产成本，延长了生产周期。

塑性变形除了影响金属的力学性能之外，还会使金属的某些物理性能、化学性能发生变化，例如使金属的电阻增加，抗蚀性降低等。

塑性变形引起金属材料力学性能的变化，是其内部的组织结构也发生了变化的结果。