在金屬行業，temper一詞隨處可見。這個詞最常用的意思是指材料硬化后的狀態，或者通過回火的方式達到硬化效果。如果我們將退火態作為材料強度的基線，回火(tempering) 可定義為對退火態的合金進行熱處理，加熱到再結晶溫度，保溫使晶粒長到足夠大的尺寸，從而使合金強度高于退火態的強度。而對于冷軋不銹鋼帶材而言，這種硬化作用是通過冷軋來實現的。
冷軋是一種鍛制金屬的工藝，在沒有預熱的情況下，通過減小金屬帶材的厚度而引起冷加工形變或塑性形變。這種由軋制工藝引起的塑性的或永久性的形變，不僅在宏觀上改變了產品的尺寸，并且微觀上的改變導致了加工硬化。當你觀察軋制過程時，你看到的是金屬帶材從兩個滾筒之間通過，一個滾筒在上，另一個在下。在垂直方向的力和長度方向拉力的合力作用下，金屬帶被擠壓，變薄，變長，并變強。下文我們將用微觀現象來分析這些變化。
為了理解加工硬化這一現象，我們需要一點冶金基礎知識。金屬合金在微觀上是一組晶體的陣列，這些晶體又叫做晶粒，這些晶粒的方向在金屬帶材中隨機分布。晶粒由各種合金元素的原子組成，例如碳，鐵，鎳，鉻等等。每種合金的原子，基于各自的化學成分，都有一種熱力學優選的重復排列，這種排列叫單位晶格（unite cell）。金屬的勻質部分，由一種重復的單位晶格形成一個或者多個晶粒，叫做相（phase）。某些合金系列甚至用相來命名。例如300系不銹鋼被叫做奧氏體，是因為他們在退火態的主要組成部分是奧氏體相。某些400系合金，例如430，被叫做鐵素體，是因為他們主要含鐵素體，而同樣原因，410和420被叫做馬氏體。合金的機械性能取決于金屬中存在什么樣的相，以及材料尺寸和各種相的晶粒排列方式。
（a） 奧氏體單位晶格中鐵原子和碳原子的排列方式
（b） 鐵素體單位晶格中鐵原子和碳原子的排列方式
（c） 馬氏體單位晶格中鐵原子和碳原子的排列方式
那么加工硬化因素和這些微觀結構有什么關系呢？ 除了非常特殊的情況，鍛造的金屬產品不可能單由一種具有完美晶體結構的晶粒組成。和生活中其他事物一樣，金屬不是完美的。我們都知道水的三相，分別是氣態，液態和固態。和水一樣，金屬加熱到足夠高的溫度時會熔化，加熱到極高溫度時也會蒸發。合金的各種組成元素按已知比例熔化在一個巨大的坩堝中， 混合成一種均相溶液，然后澆鑄成方錠。當金屬液固化時，熱力學優先相的固體晶粒將在壓力、溫度和化學成分所允許的任何地方沉淀下來，除非采取非常精巧的措施來培養單晶粒的成長和沉淀。許多晶粒就在任何他們能夠到達的地方沉淀下來，一直生長，直到它們遇上另一顆晶粒，然后形成晶界。
（a）晶粒沉淀的初始狀態
（b）晶粒生長
（c）進一步生長并形成晶界
（d）晶粒結構的完成狀態
最終整個材料內部都充滿了方向隨機分布的晶粒。合金退火時，也會發生同樣的事情，但不同之處是金屬不會變成液體，晶粒溶解于固溶體中，然后重結晶，晶體在溫度，時間和冷卻速率的共同作用下生長，最后重塑整個微觀結構。任何時候，只要有晶粒形成，就有可能會出現一個或者多個線缺陷，或者晶體結構存在一些缺失部分，又稱為位錯。晶體結構中的這些瑕疵和位錯，以及他們在晶粒中和晶界上的位移正是金屬延展性的基礎。如果所有的原子都待在正確的晶體結構位置上，就不會發生超出原子鍵的位移和結構的振動。當你去掉一個原子時，相當于創造了一個機會，讓另一個原子能塞進這個位置，有效的移動了位錯。當整塊合金受力時，微觀結構中所有位錯的位移之和成就了塑性形變，但不會出現開裂。
(a) 沒有位錯的晶格
(b) 晶格內部的位錯移動
(c) 塑性形變后的晶格
這就是加工硬化的切入點。當一塊合金受力的作用時，合金被加工時，意味著整個系統增加了能量。如果增加的能量足夠大，能產生塑性形變時，晶格被拉伸并形成新的位錯。這看起來似乎應該是提升了延展性，因為產生了更多的自由空間，使得位錯位移的可能性更大。但是，當一個位錯陷入另一個位錯時，他們就鎖住了，將彼此釘在一起。當位錯的數量和濃度增加時，越來越多的位錯被釘死，從而降低了延展性。最后，因為位錯數量太多，加工的方式已經不能夠再產生更多的位錯了。已經存在的這些位錯被釘死了，不能產生位移，所以原子鍵就一直被拉伸，直至斷裂，從而導致了材料的開裂。這就是為什么合金會出現加工硬化現象，為什么合金物體能承受的塑性形變是有上限的，超過這個上限，合金會斷裂。對合金進行冷加工，甚至還能改變微觀結構中的相。奧氏體合金被冷作時，其微觀結構一直被拉伸，一些奧氏體可以轉變為馬氏體。在室溫條件下，馬氏體的強度高于奧氏體，但是延展性更差，因此這種轉變可以使材料強度提高，但是會變得更脆。這也是為什么300系合金在固溶態是無磁性的，但是加工硬化后，磁性增加；這是因為奧氏體沒有磁性，而馬氏體是磁性的。
材料的抗拉強度和屈服強度通常用壓力單位（psi，MPa）來表示，這個值是用力除以受力面積計算而得。材料的延展性可用延伸的百分比來量化表示， 這個百分比也表示應變。應變時用因受力而改變的長度除以受力部分的總長度。延伸百分比用來表達斷裂時的應變率[（最終長度-初始長度）/初始長度]*100. 這個比例用來表示這個材料在斷裂之前能被拉伸到多大的程度。金屬受壓力時并不是總會產生塑性形變。應變較低時對應的曲線陡峭部分叫做彈性部分，因為它表示非永久性的，或彈性的應變。金屬的橫截面可以延展一定的量，不會產生塑性形變，這意味著一旦去掉這個外力，這個截面可以恢復到原來的尺寸。在金屬的成形加工中，理解曲線的彈性部分很重要，因為金屬的彈性可轉化為彈性回復。材料在不產生塑性形變時能獲的應變越多，那么彈性回復也隨之增加。
在塑性形變這一排，受力狀態和最終狀態兩個圖中針腳位置的變化就叫做彈性回復。
