前言：對于鋼鐵材料，零件淬火后，馬氏體組織中存在存在一定量的殘余奧氏體，尤其是馬氏體轉變溫度較低的材料，殘余奧氏體可能多達10%以上。殘余奧氏體是一種不穩定組織，可以逐步轉變成馬氏體。奧氏體轉變成馬氏體體積會變大，造成零件尺寸的變化。同時，奧氏體的機械性能也不穩定。深冷處理就是將淬火后工件置入較低溫度的環境中（傳統的方法比如5℃以下的冷水中，現代工業方法則利用-196℃液氮中），促進殘余奧氏體向馬氏體的轉變，以提高材料性能。一般比較重要的零件才會采用深冷工藝，比如精密量具，精密軸承等。

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深冷定義及原理
深冷處理就是利用液氮（-196℃）作為冷卻介質將淬火后的金屬材料的冷卻過程繼續下去，達到遠低于室溫的某一溫度，從而達到改善金屬材料的性能的目的。深冷處理技術是近年來興起的一種改善金屬工件性能的新工藝技術。對于金屬材料來說，原子之間具有正常的分布和吸引力，但是原子運動的動能總是在一定程度上打破原子正常分布和吸引力，要消除這種原子動能的不利影響，深冷處理是目前zui有效、的技術手段。

深冷處理過程中，被處理材料置于特定的、可控的低溫環境中，材料的微觀組織結構發生變化，從而提高或改善材料性能。關于深冷處理的機理問題，現在還處于一個研究初期階段，對材料內部變化機理的認識還不夠完善。相對來說有關黑色金屬(鋼鐵) 的深冷機理已經研究得較為深入、透徹，各國研究者已達成一些共識。

對于黑色金屬來說，其深冷處理的機理主要由以下幾點：

①殘余奧氏體轉變成馬氏體提高了材料的硬度和強度，同時改善了材料的尺寸穩定性；

②從馬氏體基體中析出超細碳化物顆粒，提高了材料的耐磨性，從而提高使用壽命；

③馬氏體板條碎化，使組織得到細化，從而引起工件的強韌化；

④降低材料內部的殘余應力，從而提高材料的尺寸穩定性。
在深冷處理過程中，大量的殘留奧氏體轉變為馬氏體，特別是過飽和的亞穩定馬氏體在從-196℃至室溫過程中會降低過飽和度，析出彌散、尺寸僅為20～60Å并與基體保持共格關系的超微細碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，微觀應力降低，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。同時由于超微細碳化物顆粒析出，均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界脆化作用，而基體組織的細化既減弱了雜質元素在晶界的偏聚程度，又發揮了晶界強化作用，從而改善了高速鋼的性能，使硬度、沖擊韌性和耐磨性都顯著提高。
深冷技術的改進效果不限于工件表面，它滲入工件內部，體現的是整體效應，所以可對工件進行重磨，反復使用，而且對工件還有減少淬火應力和增強尺寸穩定性作用。

二、深冷技術的發展歷史
在20世紀初，國外就開始研究用過度冷卻的方法改變鋼的組織和性能。在1938年，A II.LYJIREB首先提出高速工具鋼深冷處理的建議，并在理論上提出了冷到-80℃的理論根據。美國在20世紀50年代已經開始深冷處理對金屬性能影響的研究。60年代末，美國路易斯安娜理工大學機械工程系F.Barron教授對5種合金鋼52100，D-2，A-2，M-2和O-1進行了細致地研究。通過對比深冷處理與未深冷處理的試樣發現，深冷處理后的硬度雖然增加有限，但其磨粒磨損抗力卻有顯著提高。如經-84℃處理后的試樣耐磨性比未處理的要提高2.0~6.6倍，經-190℃處理的試樣耐磨性比-84℃處理的還要提高2.6倍。實際生產中也證實了F.Barron的研究結論的正確性。Dayton公司在其生產報告中明確指出：采用-310℃F處理的沖頭壽命可提高一倍。美國材料開發有限公司于1966年10月，開始利用深冷處理方法來處理承受磨損的工具和零件。70年代美國休斯航空公司、通用動力公司、通用汽車公司、Steelcase及日本Cannon等公司均使用深冷處理技術，特別是Metarials Improvement Inc,則成為專門從事深冷處理的專業性公司。前蘇聯也是較早采用深冷處理技術來提高高速鋼刀具使用壽命的國家。
20世紀80年代，澳大利亞、羅馬尼亞、德國、新加坡、英國等國家的學者對深冷處理的工藝、機理都做了一定的研究，研究結果普遍認為深冷處理可使材料的性能明顯提高。

對金屬材料進行深冷處理可以明顯改善其組織結構，提高機械物理性能，其深冷處理效果是通過以下幾個方面達到的。
（1）、殘余奧氏體轉變為馬氏體
殘余奧氏體，是金屬材料在淬火后留下的，含量一般在13~45%之間。*，殘余奧氏體是不穩定結構，限制了材料硬度和耐磨性，在受冷受熱時會分解轉化，致使模具的體積發生膨脹與變形，幾何尺寸不穩定。
常規的淬火處理，冷至室溫后，會留下相當數量的殘余奧氏體，通過深冷處理，可以使殘余奧氏體基本轉變為馬氏體。根據相關部門檢測，以深冷處理后殘余奧氏體僅存1-5%，其轉化率達到90~100%，對于含碳量<0.3~0.4的鋼種，深冷處理就可以實現殘余奧氏體的轉變。

（2）細化組織結構
金屬材料經深冷處理后，不僅引起殘余奧氏體分解，而且馬氏體部分分解，轉變為碳化物，隨后以位錯形式析出，并形成超顯微碳化物，發生顯微塑性變形。通過電鏡觀察發現，板條馬氏體碎化即基體組織細化，碳化物細化。這就是說具有同素異物轉變的金屬材料，在深冷處理過程中，不僅有殘余奧氏體轉變，而且還有微細碳化物析出及組織細化過程。
我們選用生產廠家使用zui廣泛的W6Mo5Cr5V2高速工具鋼刀具進行研究，熱處理+深冷處理與熱處理比較，刀具的殘余奧氏體從11%減少到3%；同時對刀具的微觀組織結構分析，同樣觀察到其組織細化，并有碳化物析出，刀具的壽命提高1~3倍。

未深冷處理的刀具摩擦面凹凸的厲害，重研磨帶大；而經深冷處理垢刀具摩擦面凹凸變化不大，重研磨帶小。由此可見，工具鋼進行深冷處理后，組織變得均勻、微細和致密，使工具鋼的堅韌性和耐磨性和到顯著提高。