常用的冷作強化方法

① 什麼是「冷作硬化」工藝

冷作硬化工藝是一種金屬加工工藝，通過冷加工方式使金屬材料產生塑性變形，從而提高其硬度和強度。

接下來將對冷作硬化工藝進行

1. 工藝概述：

冷作硬化工藝是一種對金屬材料進行塑性變形處理的技術。在金屬加工過程中，通過對金屬進行壓力加工、切削加工等方式，使金屬產生塑性變形，從而改變其內部組織結構，達到提高材料硬度和強度的目的。

2. 工藝原理：

在冷作硬化過程中，金屬材料的晶格結構在外部力的作用下發生扭曲和變形。隨著變形的累積，金屬內部的位錯密度增加，導致原子間的結合力增強。這種變化使得金屬的硬度和強度增加，同時材料的耐磨性和抗疲勞性能也得到了改善。

3. 應用方式：

冷作硬化工藝廣泛應用於各種金屬材料的加工中，如鋼鐵、鋁合金、銅合金等。在零件製造過程中，對於一些需要承受較大載荷、要求高硬度和強度的部件，常常採用冷作硬化工藝來提高材料的性能。此外，該工藝也可用於改善金屬材料的耐磨性和抗疲勞性能，延長零件的使用壽命。

4. 效果和影響：

冷作硬化工藝能夠有效地提高金屬材料的硬度和強度，使其更加耐磨、抗疲勞。但同時，過度的冷作硬化也可能導致材料變得脆化，因此需要對工藝參數進行精確控制，以確保獲得最佳的強化效果。

冷作硬化工藝是金屬加工中重要的一環，對於提高金屬材料性能和延長零件使用壽命具有重要意義。

② 金屬材料常用的強化方式及機理是什麼

金屬材料常用的強化方式有細晶強化、固溶強化、第二相強化、加工硬化。

1 細晶強化

通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化，工業上將通過細 化晶粒以提高材料強度。

其原理是通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以用單位體積內晶粒的數目 來表示，數目越多，晶粒越細。

二．固溶強化

合金元素固溶於基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高 的現象。

原理：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力， 使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。

三．第二相強化

復相合金與單相合金相比，除基體相以外，還有第二相得存在。當第二相以細小 彌散的微粒均勻分布於基體相中時，將會產生顯著的強化作用。

原理：它們與位錯間的交互作用，阻礙了位錯 運動，提高了合金的變形抗力。 對於位錯的運動來說，合金所含的第二相有以下兩種情況：

1、不可變形微粒的強化作用。

2、可變形微粒的強化作用。 彌散強化和沉澱強化均屬於第二相強化的特殊情形。

四．加工硬化

隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都有所提高，但塑性、 韌性有所下降。

原理：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，金屬內部產生了殘余應力等。

(2)常用的冷作強化方法擴展閱讀：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括雜質總含量<0.2%及含碳量不超過0.0218%的工業純鐵，含碳0.0218%~2.11%的鋼，含碳大於 2.11%的鑄鐵。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等，有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，並且電阻大、電阻溫度系數小。

③特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及准晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。

金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：

⑴高周疲勞：指在低應力（工作應力低於材料的屈服極限，甚至低於彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。

⑵低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由於交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。

⑶熱疲勞：指由於溫度變化所產生的熱應力的反復作用，所造成的疲勞破壞。

⑷腐蝕疲勞：指機器部件在交變載荷和腐蝕介質（如酸、鹼、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產生的疲勞破壞。

⑸接觸疲勞：這是指機器零件的接觸表面，在接觸應力的反復作用下，出現麻點剝落或表面壓碎剝落，從而造成機件失效破壞。

③ 鋁合金強化手段

方式1、鋁合金冷變形強化，冷作硬化。強化程度隨變形度、變形溫度及材料本身的性質而不同。金屬鋁合金材料在再結晶溫度以下冷變形的方式。

方式2、細化組織強化。在鋁合金中添加微量元素細化組織。鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質處理來細化合金組織，提高強度和塑性。變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹、鍶以及稀土元素，提高合金的強度和塑性的方式。

方式3、細化晶粒，從熔鑄開始改善鑄錠的晶粒度。加工硬化，抗拉強度提高，延伸率降低。鋁合金分為可熱處理強化合金和不可熱處理強化合金。

方式4、時效強化。時效過程中使合金的強度、硬度增高的現象稱為時效強化或時效硬化。鋁合金熱處理後可以得到過飽和的鋁合金基固溶體的方式。

方式5、固溶強化。合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體，強度增加，塑性與抗壓力增加。常用銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等。鋁合金

方式6、過剩相強化。合金中過剩相的數量愈多，其強化效果愈好，但過剩相多時，由於合金變脆而導致強度、塑性降低的方式。當合金中加入的合金元素含水量超過其極限溶解度時，淬火加熱時便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現稱之為過剩相。