深冷處理是將金屬在－185℃下進行處理，使柔軟的殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變成高強度的馬氏體，并能減少表面疏松，降低表面粗糙度的一個熱處理后工序，當(dāng)這個工序完成后，不僅僅是表面，幾乎可以使整個金屬的強度增加，耐磨性增加，韌性增加，其他性能指標(biāo)改善，從而使得模具和刀具翻新數(shù)次后仍然具有高的耐磨性和高的強度，壽命成倍增加。而未進行深冷處理的刀剪產(chǎn)品，翻新后壽命會顯著降低。
深冷處理的機理
1、消除殘余奧氏體：
一般淬火回火后的殘余奧氏體在8～20％左右，殘余奧氏體會隨著時間的推移進一步馬氏體化，在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中，會引起體積的膨脹，從而影響到尺寸精度，并且使晶格內(nèi)部應(yīng)力增加，嚴(yán)重影響到金屬性能，深冷處理一般能使殘余奧氏體降低到2％以下，消除殘余奧氏體的影響。如果有較多的殘余奧氏體，強度降低，在周期應(yīng)力作用下，容易疲勞脫落，造成附近碳化物顆粒懸空，很快與基體脫落，產(chǎn)生剝落坑，形成較大粗糙度的表面。
2、填補內(nèi)部空隙，使金屬表面積即耐磨面增大：
深冷處理使得馬氏體填補內(nèi)部空隙，使得金屬表面更加密實，使耐磨面積增加，晶格更小，合金成分析出均勻，淬火層深度增加，而且不僅僅是表面，使翻新次數(shù)增加，壽命提高。
3、析出碳化物顆粒：
深冷處理不僅減少殘余馬氏體，還可以析出碳化物顆粒，而且可細化馬氏體孿晶，由于深冷時馬氏體的收縮迫使晶格減少，驅(qū)使碳原子的析出，而且由于低溫下碳原子擴散困難，因而形成的碳化物尺寸達納米級，并附著在馬氏體孿晶帶上，增加硬度和韌性。深冷處理后金屬的磨損形態(tài)與未深冷的金屬顯著不同，說明它們的磨損機理不同。
深冷處理可以使絕大部分殘余奧氏體馬氏體化，并在馬氏體內(nèi)析出高彌散度的碳化物顆粒，伴隨著基體組織的細微化，這種改變無法用傳統(tǒng)的金屬學(xué)，相變理論來解釋，也不是以原子擴散形式來進行的，一般 -160℃～－180℃下，原子已經(jīng)失去了擴散能力，只能以物理學(xué)能量觀點來解釋，其轉(zhuǎn)變機理目前尚未研究清楚。因此有待人們進一步探討。
4、減少殘余應(yīng)力。
5、使金屬基體更加穩(wěn)定。
6、使金屬材料的強度、韌性增加
7、使金屬硬度提高約HRC1～2
8、紅硬性顯著增加。
深冷處理工藝
隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展，對金屬材料的要求也越來越高，如何在材料以及熱處理工藝既定的前提下盡量提高金屬工件的機械性能及使用壽命，這成為很多熱處理行業(yè)前沿人士思考并探索的問題。
一、問題的提出：
鋼材在熱處理工藝之后，其硬度及機械性能均大大提高，但熱處理后依然有殘存的以下問題：
1、殘余奧氏體。其比例大約有10%-20%，由于奧氏體很不穩(wěn)定，當(dāng)受到外力作用或環(huán)境溫度改變時，易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而奧氏體與馬氏體的比容不一樣，將造成材料的不規(guī)則膨脹，降低工件的尺寸精度。
2、組織晶粒粗大，材料碳化物固溶過飽和。
3、殘余內(nèi)應(yīng)力。熱處理后的殘余內(nèi)應(yīng)力將降低材料的疲勞強度以及其他機械性能，在應(yīng)力釋放過程中且易導(dǎo)致工件的變形。
二、深冷工藝的優(yōu)點：
經(jīng)過國內(nèi)外許多金屬材料研究者的不懈研究，深冷及超深冷處理工藝被認(rèn)為是解決以上問題的方法，其優(yōu)點如下：
1、它使硬度較低的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檩^硬的、更穩(wěn)定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體。
2、馬氏體的晶界、晶界邊緣、晶界內(nèi)部分解、細化，析出大量超細微的碳化物，過飽和的
馬氏體在深冷的過程中，過飽和度降低，析出的超細微碳化物，與基體保持共格關(guān)系，能使馬氏體晶格畸變并減小，微觀應(yīng)力降低，而細小彌散的碳化物在材料塑性變形時可以阻礙位錯運動，從而強化基體組織；同時由于超細微的碳化物析出，均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界催化作用，而基體組織的細化既減弱了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚程度，又發(fā)揮了晶界強化作用。從而使材料的綜合力學(xué)性能得到三個方面的提高：材料的韌性改善，沖擊韌性高,基體抗回火穩(wěn)定性和抗疲勞性得到提高；耐磨損的性能得到提高；尺寸穩(wěn)定性提高。從而達到了強化基體，改善熱處理質(zhì)量，減少回火次數(shù)，延長模具壽命的目的。
3、材料經(jīng)深冷處理后內(nèi)部熱應(yīng)力和機械應(yīng)力大為降低，并且由于降溫過程中使微孔或應(yīng)力集中部位產(chǎn)生了塑性流變，而在升溫過程中會在此類空位表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，這種壓應(yīng)力可以大大減輕缺陷對工件局部性能的損害，從而有效地減少了金屬工件產(chǎn)生變形、開裂的可能性。
