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加工硬化

  金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高,而塑性和韧性降低的现象,又称冷作硬化。它标志金属抗塑性变形能力的增强。
  加工硬化以低碳钢拉伸的应力-应变(σ-ε)图为例(见图)。当载荷超过屈服阶段后,进入强化阶段еg,到某点k卸载时,应力不沿加载路线ocdеk返回,而是沿着基本平行于的直线ko1下降,产生塑性变形oo1。再加载时,应力沿o1k上升,过k点后继续产生塑性变形,此时屈服极限已由σS提高到加工硬化。如此反复作用,每循环一次都产生一次新的塑性变形,并提高强度指标。但随着循环次数的增加,加工硬化逐渐趋于稳定。这种加工硬化现象可解释为:在塑性变形时晶粒产生滑移,滑移面和其附近的晶格扭曲,使晶粒伸长和破碎,金属内部产生残余应力等,因而继续塑性变形就变得困难,引起加工硬化。这种现象受到构成金属基体的元素性质、点阵类型、变形温度、变形速度和变形程度等因素影响。加工硬化可由真正应力-应变曲线来描述。
  加工硬化在机械工程中的作用是:①经过冷拉、滚压和喷丸(见表面强化)等工艺,能显著提高金属材料、零件和构件的表面强度;②零件受力后,某些部位局部应力常超过材料的屈服极限,引起塑性变形,由于加工硬化限制了塑性变形的继续发展,可提高零件和构件的安全度;③金属零件或构件在冲压时,其塑性变形处伴随着强化,使变形转移到其周围未加工硬化部分。经过这样反复交替作用可得到截面变形均匀一致的冷冲压件;④可以改进低碳钢的切削性能,使切屑易于分离。但是加工硬化也给金属件进一步加工带来困难。如冷拉钢丝,由于加工硬化使进一步拉拔耗能大,甚至被拉断,因此必须经中间退火,消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中,加工硬化使工件表层脆而硬,再切削时增加切削力,加速刀具磨损等。

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