1）机械加工后表面层的冷作硬化
冷作硬化（冷硬）产生的原因是切削或磨削加工时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎而得到强化。冷硬的特点是：变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。冷硬的指标通常用冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N来表示（图6-58），其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度，如图5-57所示。
图6-57 切削加工后表面层的冷硬
表面层冷硬的程度取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。切削加工时表面层的硬化可能有两种情况：完全强化和不完全强化。
机械加工时，表面层的冷硬就是强化作用和回复作用的综合结果。切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度越大，则回复作用也就越强。
影响冷硬的主要因素如下。
（1）刀具。刀具的切削刃口圆角和后刀面的磨损量对于冷硬层有很大的影响，此两值增大时，冷硬层深度和硬度也随之增大。前角减少时，冷硬也增大。
（2）被加工材料。被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬现象愈严重。
（3）切削用量。切削速度增大时，刀具与工件接触时间短，塑性变形程度减少，同时会使温度增高，有助于冷硬的回复，所以硬化层深度和硬度都有所减少。进给量增大时，切削力增大，塑性变形程度也增大，因此硬化现象增大。但在进给量较小时，由于刀具的刀口圆角在加工表面单位长度上的挤压次数增多，因此硬化倾向也会增大。径向进给量增大时，冷硬层深度也有所增大，但其影响程度不显著。
2）机械加工后表面层金相组织的变化
磨削加工的切削力比其他加工方法大数十倍，切削速度也特别高。由于砂轮导热性差、切屑数量少，因此磨削过程中能量转化的热大部分都传给了工件。磨削时，在很短的时间内磨削区温度可上升到400～1000℃，甚至更高。这样快的加热速度，促使加工表面局部形成瞬时热聚集现象，有很高温升和很大的温度梯度，出现金相组织的变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。
磨削淬火钢时极易发生磨削烧伤，磨削淬火钢时表面层产生的烧伤有以下3种。
（1）回火烧伤。磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变温度，则工件表面原来的马氏体组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织——索氏体或屈氏体。
（2）淬火烧伤。磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体，硬度较原来的回火马氏体高，而它的下层则因为冷却缓慢成为硬度降低的回火组织。
（3）退火烧伤。不用冷却液进行干磨削时，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏作，因工件冷却缓慢而表层硬度急剧下降，这时工件表层被退火。(www.xing528.com)
影响磨削加工时金相组织变化的因素有工件材料、磨削温度、温度梯度及冷却速度等。
（1）工件材料。工件材料为低碳钢时不会发生相变。高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等传热性特别差，在冷却不充分时易出现磨削烧伤。未淬火钢为扩散度低的珠光体，磨削时间短时不会发生金相组织的变化。淬火钢极易相变。
（2）磨削温度、温度梯度及冷却速度。磨削温度、温度梯度、冷却速度等对金相组织变化的影响可以如图6-58所示。
图6-58 磨削高碳钢淬火时表面硬度分布
3）机械加工后表面层的残余应力
在机械加工中，工件表面层金属相对基体金属发生形状、体积的变化或金相组织变化时，工件表面层中将残留相互平衡的残余应力。产生表面层残余应力的原因如下。
（1）冷态塑性变形。机械加工时，表层金属产生强烈的塑性变形。沿切削速度方向表面产生拉伸变形，晶粒被拉长，金属密度会下降，即比容增大，而里层材料则阻碍这种变形，因而在表面层产生残余压应力，在里层则产生残余拉应力。
（2）热态塑性变形。机械加工时，切削或磨削热使工件表面局部温升过高，引起高温塑性变形，使得工件在冷却后从内到外分别产生拉应力、压应力和拉应力。
（3）金相组织变化。切削时产生高温，由于不同的金相组织有不同的比容，表面层金相变化的结果将造成体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生了压应力。反之，表面层体积缩小时，则产生拉应力。
实际机械加工后的表面层残余应力及其分布，是上述三方面因素综合作用的结果，在一定条件下，其中某一或两种因素可能起主导作用。
磨削加工中热态塑性变形和金相组织变化的影响较大，故大多数磨削零件的表面层往往有残余拉应力。当残余拉应力超过材料的强度极限时，零件表面就会出现裂纹。有的磨削裂纹也可能不在工件的外表面，而是在表面层下成为肉眼难以发现的缺陷。磨削裂纹一般很浅，如图6-59所示。
磨削裂纹的产生与材料性质及热处理工序有很大关系。磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生磨削裂纹。磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。
图6-59 磨削裂纹
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