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冷变形强化的机理及在生产中的实际应用
辽宁工程技术大学材料科学与工程学院邮编123000
摘要随着机械加工工业的发展，生产中依靠冷作模制造的零件越来越多，使用的冷变形模具种类越来越多。冷体积模锻（冷镦、冷挤压、压印等）；板料冲压（如拉伸、落料、切边、冲孔等）；材料轧制（冷轧、轧轮成型等）。虽然冷变形模具的种类繁多，工作条件不一，性能要求也有所不同，但基础工作情况相近：即均在冷状态下使金属变形，工作时承受较大的剪切力、压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。
关键字冷变形模锻轧制
引言
冷变形强化也称冷作强化，如铁板在经过冷作加工后会明显变硬，这是因为冷作加工后组织紧密所致，但有些冷作加工后的材料要经过低温回火处理，否则强度要打折扣，8毫米以下的中、高碳钢丝冷作加工后必须要低温回火（也称定型处理），不然的话他冷作加工后的内应力会使强度和屈服极限大大降低金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。加工硬化是指塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。内应力即塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。各向异性是金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大(如70%或更大)而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。

塑性变形对组织结构的影响
多晶体金属塑性变形后，除晶粒内出现滑移带和孪晶等特征外，还具有下述组织结构的变化。
显微组织的变化
金属与合金经塑性变形后，其外形、尺寸的改变是内部晶粒变形的总和。原来没有变形的晶粒，经加工变形后，晶粒形状逐渐发生变化，随着变形方式和变形量的不同，晶粒形状的变化一不以言，如在轧制时，各晶粒沿边形方向逐渐伸长，变形量越大，晶粒伸长的程度也越大。当变形量很大时，晶粒呈现出一片如显微状的条纹，称为纤维组织（如图1）。纤维的分布方向，即金属变形时的伸展方向。当金属中有杂质存在时，杂质也沿变形方向拉长为细带状（塑性杂质）或粉碎成链状（脆性杂质），着时光学显微镜已经分辨不清晶粒和杂质。

亚结构的细化
实际晶体的每一个晶粒内存在着许多尺寸很小、位相差也很小的亚结构，塑性变形前，铸态金属的亚结构直径为10-2cm，冷塑性变形后，亚结构直径细化至10-4~10-6cm.
形变亚结构的边界是晶格畸变区，堆积有大量的位错，而亚结构内部的晶格则相对地比较完整，着种亚结构常称为保险装亚结构或形变胞。胞块间的夹角不会超过20°，胞壁的厚度约为胞块直径的1/5。位错主要集中在胞壁中，保内仅有系数的位错网络。变形量越大，则宝快的数量越多，尺寸减小，胞块间的取向差也在逐渐增大，且其形状随着晶粒形状的改变而变化，均沿着变形方向逐渐拉长。
形变亚结构是在塑性变形过程中形成的。在切应力的作用下位错源所产生的大量位错沿滑移面运动时，将遇到各种阻碍位错运动的障碍物，如境界、第二相颗粒及割阶等，造成位错缠结。这样，金属中便出现了有高密度的缠结位错分隔开来的位错密度较低的区域，形成形变亚结构。
（三）形变织构
与单晶体一样，多晶体在徐行变形时也伴随着晶体的转动过程，故当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这一现象称为晶粒的则尤取向，这种由于金属塑性变形使晶粒具有则有取向的组织叫做形变织构。
同一种材料随加工方式的不同，可能出现不同类型的织构：
丝织构在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一镜像与拉拔方向平行或接近平行。
板织构在轧制时形成，其特征是各晶粒的某一个晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方向。
当出现织构后，多晶体金属就不再变现为等向性而显示出各向异性。这对材料的性能和加工工艺有很大的影响。例如当用有织构的板材冲压杯状零件时，将会因板材各个方向变形能力的不公，使冲压出来的工件边缘不齐，壁厚不均，即产生所谓“制耳”现象，如图3。
但是某些情况下，织构的存在缺失有利的。例如变压器铁心用的硅钢片，沿<100>方向最容易磁化，因此，当采用具有这种织构（（100）【001】）的硅钢片制作电机、电器时，将可以减少铁损，提高设备效率，减轻设备重量，并节约钢材。
图3因变形织构所造成的“制耳”