冷加工的经典例子是弯曲回形针直到它变硬并最终断裂。热加工的同等经典例子是铁匠将钢材在炉中加热至红热，然后将其锤打成剑的形状。虽然一个在室温下进行，另一个在熔炉中进行，但真正的区别在于加工过程中金属的内部结构。
热加工和冷加工之间的关键区别不在于绝对温度，而在于该过程是发生在金属的特定再结晶温度之上还是之下。这个单一的因素决定了材料最终的强度、延展性和内应力。
“热”加工与“冷”加工的定义是什么？
冶金学中“热”和“冷”的概念是相对的。像热轧钢这样的过程发生在超过 1700°F (930°C) 的温度下，而“热”加工铅可能发生在仅略高于室温的温度下。这完全取决于材料的独特性能。
再结晶温度的关键作用
每种金属都有一个再结晶温度，即在其晶体结构内可以形成新的、无应变的晶粒的点。
冷加工是低于此温度进行的任何金属成形过程。
热加工是高于此温度进行的任何过程。这是基本、明确的原则。
低于再结晶温度时晶粒的行为（冷加工）
在冷加工过程中，金属现有的晶体晶粒会沿所施加工作的方向发生变形、拉伸和扭曲。
这个过程会引入称为位错的缺陷，这些缺陷会缠结并阻碍进一步的晶粒运动。这种现象被称为加工硬化或应变硬化。
结果是金属的强度和硬度显著增加，但延展性降低，脆性增加。
高于再结晶温度时晶粒的行为（热加工）
当金属在其再结晶温度以上进行加工时，会发生一些奇妙的事情。变形过程紧接着形成新的、无应力的晶粒。
这种被称为动态再结晶的“愈合”过程与成形同时发生。
由于晶粒结构不断自我更新，金属不会产生加工硬化。它保持柔软和高度延展性，允许在相对较小的力下发生巨大的形状变化。
实际比较：对材料性能的影响
在热加工和冷加工之间进行选择是一项经过深思熟虑的工程决策，旨在实现最终产品中特定的材料性能。
强度和硬度
冷加工会增加强度和硬度。这是选择冷加工的主要原因，因为最终部件需要坚固耐磨，例如在高强度螺栓和电线的制造中。
热加工不会显著增加强度。材料的性能保持相对均匀和各向同性（在所有方向上都相同）。
延展性和脆性
冷加工会降低延展性，使金属更脆。反复弯曲回形针会使其更难再次弯曲，但也使其更接近断裂。
热加工保持甚至提高延展性。这使其非常适合需要巨大形状变化的过程，例如从单个坯料锻造成发动机曲轴。
表面光洁度和尺寸精度
冷加工会产生光滑、无氧化皮的表面光洁度，并允许非常严格的尺寸公差。没有热量意味着没有氧化，也没有冷却时的收缩。
热加工通常会导致粗糙的氧化表面层，称为轧钢皮，可能需要去除。高温和随后的冷却也使得精确的尺寸控制更具挑战性。
理解权衡
没有一种工艺是普遍优越的；每种工艺都有其自身的优点和缺点，必须针对给定的应用进行权衡。
能源成本
热加工是高能耗的。需要在熔炉中加热大块金属坯料并在成形过程中保持其温度需要大量的能量。
冷加工在加热方面所需的能量最少，从而降低了这方面的运营成本。然而，加工硬化金属所需的力要大得多，需要更强大的机械。
退火的需要
在大量冷加工后，零件可能变得过于脆，不适合预期用途或后续的成形操作。
它通常需要一个称为退火的中间加热步骤来释放内部应力并恢复一些延展性，从而增加了制造周期的复杂性和成本。
模具和设备
热加工的极端温度会导致模具、轧辊和压力机的磨损和退化速度更快。模具必须由特殊的、昂贵的耐热材料制成。
冷加工模具虽然需要非常坚固以承受高压，但不必面对热疲劳的挑战。
为您的目标做出正确的选择
选择正确的工艺需要对成品部件的期望结果有清晰的了解。
- 如果您的主要关注点是最大的强度和精确、光滑的表面：冷加工是正确的途径，如精密管、紧固件和汽车车身钣金的生产所示。
- 如果您的主要关注点是以最小的力对金属形状进行非常大的改变：热加工是必要的选择，用于制造工字钢、铁轨和大型锻件等基础形状。
最终，了解这个温度阈值使您能够选择正确的工艺来有意地控制金属的最终性能。
摘要表：
| 方面 | 冷加工 | 热加工 |
|---|---|---|
| 温度 | 低于再结晶温度 | 高于再结晶温度 |
| 强度和硬度 | 增加 | 无显著增加 |
| 延展性 | 降低 | 保持或提高 |
| 表面光洁度 | 光滑、精确 | 粗糙，可能有氧化皮 |
| 主要用途 | 高强度零件、精确公差 | 大形状变化、大型锻件 |
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