加工硬化（Work Hardening），又称冷作硬化，是指金属材料在低于再结晶温度的塑性变形过程中，由于位错增殖和相互作用导致强度和硬度显著增加，而塑性和韧性下降的现象。其产生机制涉及材料微观结构的复杂变化，以下是详细解析：
加工硬化的定义
加工硬化的核心表现为材料在冷加工（如轧制、拉拔、冲压等）后力学性能的变化：
强度与硬度提升：变形程度越大，材料的抗拉强度、屈服强度和硬度越高。
塑性与韧性下降：随着变形量增加，材料的延伸率和冲击韧性逐渐降低。
产生原因
加工硬化的本质源于塑性变形过程中金属内部位错运动的受阻和微观结构的改变，主要机理包括：
1. 位错增殖与相互作用：
塑性变形时，位错密度急剧增加（从约103 mm?2升至101? mm?2）。位错之间通过缠结、交截形成割阶或位错网，阻碍后续滑移，导致滑移阻力增大。
例如，刃型位错的堆积（塞积群）会在障碍物前产生应力集中，需更高外力才能继续变形。
2. 晶格畸变与组织结构变化：
晶粒在变形中被拉长、破碎，形成纤维状或亚晶结构，晶界处产生高密度位错区域，导致微观应力集中。
表层金属在切削力或机械加工中可能出现晶格扭曲、晶粒细化或形变孪晶，进一步增加变形抗力。
3. 动态硬化与回复的竞争：
变形过程中，一方面位错增殖导致硬化，另一方面切削热可能引发动态回复（软化）。最终的硬化效果是两者综合作用的结果。
4. 多滑移系与形变织构：
在高度变形时，晶粒趋向择优取向（织构），形成各向异性，位错滑移路径受限，增加了变形难度。
典型应用与局限性
应用：利用加工硬化可提高零件耐磨性（如履带、弹簧）或安全性（通过局部硬化防止过载断裂）。
局限性：过度硬化会增加材料脆性，需通过退火消除残余应力以恢复塑性。
总结
加工硬化是金属材料塑性变形过程中微观缺陷（如位错）累积的宏观表现，其核心机制在于位错运动的受阻和微观结构的动态演变。这一现象既是材料强化的有效手段，也是冷加工工艺中需调控的关键问题。
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