Kaltverfestigung ist ein Verfahren, bei dem Metalle beim mechanischen Biegen aushärten. Kaltverfestigung ist ein Prozess, der im Kristallgitter eines Materials stattfindet. Diese Form der Härtung ist nützlich, um die Festigkeit von Metallen zu erhöhen, die durch Wärmebehandlungen nicht gehärtet werden können. Viele warmhärtbare Metalle und Legierungen können jedoch auch kaltgehärtet werden. Kaltverfestigung, auch Kaltverfestigung genannt, kann gezielt als Härteprozess bei der Teileumformung angewendet werden oder ungewollt bei der Bearbeitung oder im anormalen Betrieb auftreten.
Vor der Kaltverfestigung weisen Materialien typischerweise eine gleichmäßig verteilte, defektfreie Kristallstruktur auf. Bei mechanischer Belastung des Materials bilden sich in der Kristallstruktur mikroskopische Defekte, sogenannte Versetzungen. Wenn die Belastung anhält, breiten sich diese Versetzungen aus und interagieren miteinander und bilden neue interne Strukturen, die einer weiteren Durchbiegung widerstehen. Diese Formationen – oder Pinning Points – erhöhen die Streckgrenze des Materials oder die Fähigkeit, Belastungen zu widerstehen, mit einer nachfolgenden Abnahme der Duktilität oder Weichheit. Eine der häufigsten Methoden, um den Kaltverfestigungsprozess absichtlich einzuleiten, ist die Kaltumformung von Teilen.
Wie bereits erwähnt, kann Kaltverfestigung ein wünschenswerter oder unerwünschter Prozess sein. Wenn Kaltverfestigung ein beabsichtigtes Endergebnis ist, ist die Kaltbearbeitung oder Umformung von Teilen eine der effektivsten Methoden, um dies zu erreichen. Dies ist besonders nützlich bei der Bearbeitung von Metallen, die nicht warmhärtbar sind. Dazu gehören kohlenstoffarmer Stahl, Aluminium und reines Kupfer. Wenn diese Metalle während der Umformung komprimiert, gezogen, gebogen oder gehämmert werden, führen die auftretenden Spannungen zur Bildung der kristallinen Versetzungen, die das Material härten.
Unerwünschte Kaltverfestigung tritt auf, wenn duktile oder weiche Materialien während ihrer Arbeitszyklen falsch bearbeitet oder übermäßig gebogen werden. Wenn das Teil während der Bearbeitung zu tiefen Schnitten ausgesetzt wird, kann die resultierende Spannung zur Bildung von kristallinen Versetzungen mit resultierender Verhärtung führen. Dieses ungewollte Härten kann dann eine weitere Bearbeitung verhindern oder sogar die Werkzeugeinsätze beschädigen. Bei der Bearbeitung duktiler Teile sollten die Werkzeugeinsätze vorsichtig vorgeschoben werden, um eine ungewollte Kaltverfestigung zu vermeiden.
Metallteile, die bei normaler Arbeit über ihre Konstruktionsparameter hinaus gebogen werden, können ebenfalls eine gewisse Kaltverfestigung erfahren. Kleine Verformungen innerhalb dieser Parameter werden leicht von einem Material absorbiert, das ohne Änderung seiner inneren Struktur in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Bei einer Biegung über diese Grenzen hinaus beginnt jedoch der Prozess der Versetzungsbildung und das Material härtet aus. Dies führt zu einem resultierenden Widerstand gegen jegliches Biegen, was zu einem eventuellen Reißen oder Brechen des Teils führen kann.