深冷處理國內(nèi)現(xiàn)在有冷處理、冰冷處理（-78℃以內(nèi)）、深冷處理（-130℃——-180℃）、超深冷處理（-180℃——-196℃）等叫法。  

   國外通常是用sub-zero、Cryogenic Treatment、Deep Cryogenic Treatment等叫法。

深冷處理設(shè)備在熱處理中起作用機理如下：

1、 提升工件的硬度及強度

 深冷處理某種意義上是淬火的延續(xù)，通過降低溫度讓Mf點在常溫以下的材料繼續(xù)完成A向M的轉(zhuǎn)變，像某些高碳高合金鋼及低合金滲碳鋼Mf點都比較低，在常規(guī)淬火后，殘余奧氏體可達(dá)25%，甚至更高，通過繼續(xù)轉(zhuǎn)變，通?？梢蕴?*RC1-3度，多時甚至可達(dá)HRC5-6度。

 在馬氏體基體析出納米級別的超細(xì)碳化物，微量提升了工件的硬度，上海交大的錢士強用16Mn實驗，基本撇開了殘奧轉(zhuǎn)變的影響，經(jīng)多次深冷的工件相比未深冷的硬度提高了HRC約1.5度，說明彌散分布的超細(xì)碳化物對組織起到了彌散強化的作用。

 根據(jù)材料手冊，材料硬度在HRC50以上時，我們可以看到硬度每提升HRC0.5度，鉻鋼、鉻釩鋼及鉻鉬鋼的抗拉強度通常提高幅度在30MPA左右。

 提升大件的整體硬度，增加淬硬層深。

2、 保證工件的尺寸精度

殘余奧氏體是一種不穩(wěn)定組織，會隨著時間的推移以及外力的作用而促使其部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，影響工件的尺寸精度。 

奧氏體的比體積：0.1212+0.0033（%C） w(C)%=0-2

馬氏體的比體積：0.1271+0.0025（%C） w(C)%=0-2

   在正常情況下，按照以上公式估算，奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體體積增加約4%左右，假設(shè)熱處理后有10%的殘奧存在時，全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體則體積有0.4%的膨脹. 深冷處理可以把殘奧控制在5%甚至3%以下，并且殘留的那部分奧氏體在后續(xù)加工及使用中很難再發(fā)生轉(zhuǎn)變，所以，工件的精度得以大大提高。

材料內(nèi)部的點缺陷、空位等也會造成工件使用過程中的尺寸變化。

 通過極低溫度的深冷處理，驅(qū)動原有的點缺陷產(chǎn)生塑性流變，減少空位缺陷。 采用正電子淹沒技術(shù)測出了深冷后的空位表濃度變化， 深冷前的正電子壽命為298s，深冷后為163.4s，可見，深冷處理減少近半數(shù)的空位濃度，因此提高了工件的強度和尺寸穩(wěn)定性，甚至可以避免形成空位群而造成微裂紋。（同時這也是改變某些有色金屬電阻率的原因。）

 

3、 提高工件的耐磨性

   硬度提升了，高硬度的馬氏體比奧氏體顯而易見的更耐磨。像W18CR4V\CR12等材料，當(dāng)硬度從HV600提升到HV800時，其相對耐磨性分別提升大約15%至20%。

   大量析出并彌散分布在馬氏體位錯線和孿晶帶上的超細(xì)碳化物，對馬氏體基體起到釘扎和支撐的作用，即使深冷有時并未明顯提升工件硬度，但我們可以明顯看到其耐磨性的提升。

對高碳高合金工件來說，耐磨性提升50%還是比較多見的。

 

4、 提高工件的沖擊韌性

 低溫收縮導(dǎo)致材料晶格常數(shù)縮小，在馬氏體基體上析出納米級別的超細(xì)碳化物，同時馬氏體的軸比降低，陳長風(fēng)、李士燕的實驗驗證了T12在經(jīng)過深冷處理（-196℃保溫10小時）后，其馬氏體軸比數(shù)值穩(wěn)定在1.027，而未深冷的軸比在1.038，在李雄、李士燕的另外一個高速鋼W6CR5MO4V2的深冷實驗中，其馬氏體軸比從未深冷的1.022降到深冷（-196℃保溫12小時）后的1.014

 同上實驗，馬氏體的碳含量從0.49%降到0.32%，未深冷的馬氏體孿晶寬度為20-70nm, 經(jīng)過深冷后馬氏體孿晶寬度未10-20nm，晶粒明顯細(xì)化。而且孿晶帶上析出的碳化物顆粒尺寸為6-10nm。晶粒度越細(xì)，細(xì)晶帶來的強化量越大。

 深冷減少空位濃度，點缺陷的減少也是工件沖擊韌性提高的原因之一。

 

5、 改善工件的內(nèi)應(yīng)力分布，提高疲勞強度

   深冷處理通過細(xì)化組織、彌散分布碳化物、減少點缺陷等變化，對工件內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行了再分布，并改變了某些應(yīng)力的狀態(tài)。

 當(dāng)工件從深冷的溫度回升并經(jīng)正常溫度回火時，相當(dāng)于多了接近兩百度的溫差用來消除應(yīng)力。某種意義上，長時慢速深冷的全過程作用類似于人工時效。

 要想起得很好的深冷處理消除應(yīng)力的效果，深冷工藝中的降溫速度及升溫速度控制非常重要。

 

6、 提高工件的耐腐蝕性能

深冷處理細(xì)化了晶粒，晶界的細(xì)化可以減少晶間腐蝕的機會。

轉(zhuǎn)移了多余的自由能，并減小了奧氏體和馬氏體的兩相電位差，減少了電化學(xué)腐蝕的機會。 l 減少了組織內(nèi)部的應(yīng)力，使組織更均勻，減少了應(yīng)力腐蝕的機會。

減少空位濃度可有效減少氫在組織內(nèi)部富集的機會。

其他小的方面還有諸如：減少工件熱處理后線切割或磨削的開裂風(fēng)險，提升工件的拋光性能，改善工件的矯頑力等指標(biāo)。對某些需要三次回火的模具工件來講，深冷處理也可以減少一次回火工序。

二、深冷處理的作用

深冷處理針對黑色金屬的改善主要在以下幾方面：

     1、高速鋼刀具、刃具、工量具壽命的提高；

     2、硬質(zhì)合金的刀具、刃具壽命的提高；

     3、硬質(zhì)合金的鉆頭、鉆具的壽命提高；

     4、金剛石制成品的性能改善，如人造金剛石熱穩(wěn)定性提高、人造金剛石礦用鉆頭、金剛石Φ105mm鋸片等的性能提高；

     5、金剛石熱壓機的頂錘性能提高；

     6、精密機械的裝配零件的尺寸穩(wěn)定；

     7、碳纖維絲的性能提高；

     8、油嘴、彈簧、齒輪、軸承使用壽命提高；

     9、機械制造產(chǎn)業(yè)中的熱作模具、冷作模具使用壽命提高。