在金属行业，temper一词随处可见。这个词最常用的意思是指材料硬化后的状态，或者通过回火的方式达到硬化效果。如果我们将退火态作为材料强度的基线，回火(tempering) 可定义为对退火态的合金进行热处理，加热到再结晶温度，保温使晶粒长到足够大的尺寸，从而使合金强度高于退火态的强度。而对于冷轧不锈钢带材而言，这种硬化作用是通过冷轧来实现的。
冷轧是一种锻制金属的工艺，在没有预热的情况下，通过减小金属带材的厚度而引起冷加工形变或塑性形变。这种由轧制工艺引起的塑性的或永久性的形变，不仅在宏观上改变了产品的尺寸，并且微观上的改变导致了加工硬化。当你观察轧制过程时，你看到的是金属带材从两个滚筒之间通过，一个滚筒在上，另一个在下。在垂直方向的力和长度方向拉力的合力作用下，金属带被挤压，变薄，变长，并变强。下文我们将用微观现象来分析这些变化。
为了理解加工硬化这一现象，我们需要一点冶金基础知识。金属合金在微观上是一组晶体的阵列，这些晶体又叫做晶粒，这些晶粒的方向在金属带材中随机分布。晶粒由各种合金元素的原子组成，例如碳，铁，镍，铬等等。每种合金的原子，基于各自的化学成分，都有一种热力学优选的重复排列，这种排列叫单位晶格（unite cell）。金属的匀质部分，由一种重复的单位晶格形成一个或者多个晶粒，叫做相（phase）。某些合金系列甚至用相来命名。例如300系不锈钢被叫做奥氏体，是因为他们在退火态的主要组成部分是奥氏体相。某些400系合金，例如430，被叫做铁素体，是因为他们主要含铁素体，而同样原因，410和420被叫做马氏体。合金的机械性能取决于金属中存在什么样的相，以及材料尺寸和各种相的晶粒排列方式。
（a） 奥氏体单位晶格中铁原子和碳原子的排列方式
（b） 铁素体单位晶格中铁原子和碳原子的排列方式
（c） 马氏体单位晶格中铁原子和碳原子的排列方式
那么加工硬化因素和这些微观结构有什么关系呢？ 除了非常特殊的情况，锻造的金属产品不可能单由一种具有完美晶体结构的晶粒组成。和生活中其他事物一样，金属不是完美的。我们都知道水的三相，分别是气态，液态和固态。和水一样，金属加热到足够高的温度时会熔化，加热到极高温度时也会蒸发。合金的各种组成元素按已知比例熔化在一个巨大的坩埚中， 混合成一种均相溶液，然后浇铸成方锭。当金属液固化时，热力学优先相的固体晶粒将在压力、温度和化学成分所允许的任何地方沉淀下来，除非采取非常精巧的措施来培养单晶粒的成长和沉淀。许多晶粒就在任何他们能够到达的地方沉淀下来，一直生长，直到它们遇上另一颗晶粒，然后形成晶界。
（a）晶粒沉淀的初始状态
（b）晶粒生长
（c）进一步生长并形成晶界
（d）晶粒结构的完成状态
最终整个材料内部都充满了方向随机分布的晶粒。合金退火时，也会发生同样的事情，但不同之处是金属不会变成液体，晶粒溶解于固溶体中，然后重结晶，晶体在温度，时间和冷却速率的共同作用下生长，最后重塑整个微观结构。任何时候，只要有晶粒形成，就有可能会出现一个或者多个线缺陷，或者晶体结构存在一些缺失部分，又称为位错。晶体结构中的这些瑕疵和位错，以及他们在晶粒中和晶界上的位移正是金属延展性的基础。如果所有的原子都待在正确的晶体结构位置上，就不会发生超出原子键的位移和结构的振动。当你去掉一个原子时，相当于创造了一个机会，让另一个原子能塞进这个位置，有效的移动了位错。当整块合金受力时，微观结构中所有位错的位移之和成就了塑性形变，但不会出现开裂。
(a) 没有位错的晶格
(b) 晶格内部的位错移动
(c) 塑性形变后的晶格
这就是加工硬化的切入点。当一块合金受力的作用时，合金被加工时，意味着整个系统增加了能量。如果增加的能量足够大，能产生塑性形变时，晶格被拉伸并形成新的位错。这看起来似乎应该是提升了延展性，因为产生了更多的自由空间，使得位错位移的可能性更大。但是，当一个位错陷入另一个位错时，他们就锁住了，将彼此钉在一起。当位错的数量和浓度增加时，越来越多的位错被钉死，从而降低了延展性。最后，因为位错数量太多，加工的方式已经不能够再产生更多的位错了。已经存在的这些位错被钉死了，不能产生位移，所以原子键就一直被拉伸，直至断裂，从而导致了材料的开裂。这就是为什么合金会出现加工硬化现象，为什么合金物体能承受的塑性形变是有上限的，超过这个上限，合金会断裂。对合金进行冷加工，甚至还能改变微观结构中的相。奥氏体合金被冷作时，其微观结构一直被拉伸，一些奥氏体可以转变为马氏体。在室温条件下，马氏体的强度高于奥氏体，但是延展性更差，因此这种转变可以使材料强度提高，但是会变得更脆。这也是为什么300系合金在固溶态是无磁性的，但是加工硬化后，磁性增加；这是因为奥氏体没有磁性，而马氏体是磁性的。
材料的抗拉强度和屈服强度通常用压力单位（psi，MPa）来表示，这个值是用力除以受力面积计算而得。材料的延展性可用延伸的百分比来量化表示， 这个百分比也表示应变。应变时用因受力而改变的长度除以受力部分的总长度。延伸百分比用来表达断裂时的应变率[（最终长度-初始长度）/初始长度]*100. 这个比例用来表示这个材料在断裂之前能被拉伸到多大的程度。金属受压力时并不是总会产生塑性形变。应变较低时对应的曲线陡峭部分叫做弹性部分，因为它表示非永久性的，或弹性的应变。金属的横截面可以延展一定的量，不会产生塑性形变，这意味着一旦去掉这个外力，这个截面可以恢复到原来的尺寸。在金属的成形加工中，理解曲线的弹性部分很重要，因为金属的弹性可转化为弹性回复。材料在不产生塑性形变时能获的应变越多，那么弹性回复也随之增加。
在塑性形变这一排，受力状态和最终状态两个图中针脚位置的变化就叫做弹性回复。
