尽管对于实现高强度和耐磨性至关重要，但金属硬化工艺并非没有重大的缺点。主要的缺点是脆性急剧增加、引入可能导致变形或开裂的高内应力，以及材料可加工性显著降低。必须仔细管理这些权衡，以防止意外的部件失效。
硬化的根本权衡是用延展性换取硬度。这种交换使材料更脆，并引入了内应力，如果后续过程（如回火）控制不当，这些应力可能会使部件弯曲、变形甚至开裂。
固有的权衡：硬度与脆性
硬化的核心目的是重新排列材料的晶体结构以抵抗变形，这就是我们所感知的硬度。然而，这种新的、刚性的结构是有直接代价的。
反比关系
随着材料的硬度增加，其延展性和韧性降低。像软钢这样的延展性材料在极端载荷下会弯曲或变形，在断裂前吸收能量。
而硬化的脆性材料则不会。想想橡皮筋（延展性）和玻璃棒（脆性）之间的区别。硬化金属的行为更像玻璃棒，在达到某个点之前抵抗力，然后破碎。
灾难性失效的风险
这种脆性意味着硬化部件更容易受到冲击或冲击载荷引起的灾难性失效。它不会弯曲，而是很可能会突然、毫无预警地断裂，这在关键应用中可能非常危险。
硬化工艺的主要缺点
淬火（快速冷却）是硬化工艺的核心，也是其最主要问题的根源。极端的温度冲击会引起可能影响部件完整性的变化。
内应力和变形
当一个热部件被淬火时，其表面冷却和收缩的速度远快于其核心。这种差异在材料内部产生了巨大的内应力。
这些应力可以通过改变零件的形状来释放，导致翘曲、弯曲或其他变形。这使得在复杂零件上保持严格的尺寸公差变得极其困难。
淬火裂纹的危险
在严重的情况下，淬火过程中产生的内应力可能会超过材料的极限拉伸强度。当这种情况发生时，部件会在冷却过程中开裂。
这种被称为淬火裂纹的现象，在几何形状复杂、内角尖锐或横截面急剧变化的部件中更常见，因为这些特征充当应力集中点。
可加工性降低
完全硬化的钢件使用传统机床切割、钻孔或成型非常困难。尝试这样做会导致刀具快速磨损，而且通常不切实际且成本高昂。
因此，几乎所有的机加工操作都是在材料处于较软的退火状态之前进行的。硬化后所需的任何最终成型通常必须通过磨削来完成。
理解权衡和工艺复杂性
硬化不是一个单一的孤立步骤，而是需要仔细控制并通常需要附加工艺才能成功的系列步骤的一部分。
回火的必要性
由于硬化引起的极端脆性，零件几乎总是要经过称为回火的后续热处理工艺。
回火涉及将零件重新加热到较低的温度，以释放部分内应力并恢复少量延展性。这使部件更坚韧，不易碎裂，但也会略微降低峰值硬度。回火增加了整个制造过程的时间、成本和复杂性。
尺寸不稳定性
硬化过程中晶体结构的变化会导致材料体积发生变化。这意味着零件在硬化和回火后的最终尺寸可能与其预处理尺寸不完全相同，这对精密部件来说是一个关键因素。
成本和设备
适当的硬化需要专业设备，包括高温炉、受控气氛（如技术文献中提到的真空炉）和特定的淬火介质（气体、油、水）。这增加了生产的资本和运营成本。
为您的应用做出正确的选择
成功使用硬化需要承认其缺点，并在设计和制造过程中对其进行规划。
- 如果您的主要重点是最大的耐磨性和表面硬度： 硬化是必要的，但您必须将其与强大的回火工艺相结合，并设计部件以最大限度地减少应力集中。
- 如果您的主要重点是韧性和抗冲击性： 避免完全硬化，或使用更局部的表面硬化方法，确保部件的核心保持延展性。
- 如果您的主要重点是保持严格的尺寸公差： 您必须考虑到潜在的变形，并且可能需要在热处理后执行最终的研磨或抛光操作。
归根结底，将硬化视为强度和脆性之间经过计算的权衡，而不是简单的升级，是成功工程设计的关键。
总结表：
| 缺点 | 主要后果 | 关键考虑因素 |
|---|---|---|
| 脆性增加 | 冲击引起的灾难性失效风险 | 以牺牲延展性换取硬度 |
| 内应力和变形 | 翘曲、弯曲、尺寸不稳定性 | 难以保持严格的公差 |
| 淬火裂纹 | 冷却过程中部件失效 | 对复杂几何形状尤其危险 |
| 可加工性降低 | 硬化后无法切割或钻孔 | 大多数机加工必须提前完成 |
| 工艺复杂性和成本 | 需要回火、专业设备 | 增加制造的时间和费用 |
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