深冷處理是將金屬在－185℃下進(jìn)行處理，使柔軟的殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度，壽命成倍增加。而未進(jìn)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(jī)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(jìn)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(qiáng)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(bǔ)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(bǔ)內(nèi)部空隙，使得金屬表面更加密實(shí)，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(xì)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(kuò)散困難，因而形成的碳化物尺寸達(dá)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(jī)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(xì)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(kuò)散形式來進(jìn)行的，一般 -160℃～－180℃下，原子已經(jīng)失去了擴(kuò)散能力，只能以物理學(xué)能量觀點(diǎn)來解釋，其轉(zhuǎn)變機(jī)理目前尚未研究清楚。因此有待人們進(jìn)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)度以及其他機(jī)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(diǎn)：
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(diǎn)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(xì)化，析出大量超細(xì)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(xì)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(xì)小彌散的碳化物在材料塑性變形時可以阻礙位錯運(yùn)動，從而強(qiáng)化基體組織；同時由于超細(xì)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(xì)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(qiáng)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(dá)到了強(qiáng)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(jī)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。
