二、深冷技术的发展历史
      在20世纪初，国外就开始研究用过度冷却的方法改变钢的组织和性能。在1938年，A II.LYJIREB首先提出高速工具钢深冷处理的建议，并在理论上提出了冷到-80℃的理论根据。美国在20世纪50年代已经开始深冷处理对金属性能影响的研究。60年代末，美国路易斯安娜理工大学机械工程系F.Barron教授对5种合金钢52100，D-2，A-2，M-2和O-1进行了细致地研究。通过对比深冷处理与未深冷处理的试样发现，深冷处理后的硬度虽然增加有限，但其磨粒磨损抗力却有显著提高。如经-84℃处理后的试样耐磨性比未处理的要提高2.0~6.6倍，经-190℃处理的试样耐磨性比-84℃处理的还要提高2.6倍。实际生产中也证实了F.Barron的研究结论的正确性。Dayton公司在其生产报告中明确指出：采用-310℃F处理的冲头寿命可提高一倍。美国材料开发有限公司于1966年10月，开始利用深冷处理方法来处理承受磨损的工具和零件。70年代美国休斯航空公司、通用动力公司、通用汽车公司、Steelcase及日本Cannon等公司均使用深冷处理技术，特别是Metarials Improvement Inc,则成为专门从事深冷处理的专业性公司。前苏联也是较早采用深冷处理技术来提高高速钢刀具使用寿命的国家。
      20世纪80年代，澳大利亚、罗马尼亚、德国、新加坡、英国等国家的学者对深冷处理的工艺、机理都做了一定的研究，研究结果普遍认为深冷处理可使材料的性能明显提高[2~8]。

三、 深冷技术原理
      对金属材料进行深冷处理可以明显改善其组织结构，提高机械物理性能，其深冷处理效果是通过以下几个方面达到的。
（1）、残余奥氏体转变为马氏体
      残余奥氏体，是金属材料在淬火后留下的，含量一般在13~45%之间。众所周知，残余奥氏体是不稳定结构，限制了材料硬度和耐磨性，在受冷受热时会分解转化，致使模具的体积发生膨胀与变形，几何尺寸不稳定。
      常规的淬火处理，冷至室温后，会留下相当数量的残余奥氏体，通过深冷处理，可以使残余奥氏体基本转变为马氏体。根据相关部门检测，以深冷处理后残余奥氏体仅存1-5%，其转化率达到90~{bfb}，对于含碳量<0.3~0.4的钢种，深冷处理就可以实现残余奥氏体百分之百的转变，如图一、图二、所示。

图一    淬火冷却方式

图二    深冷处理时马氏体含量与温度关系

从图一、图二、可以看出，马氏体转变只有当温度< M s时才会发生，从M s开始到M f终止。M s为转变开始温度。因此当材料的M f <0℃的材料，就必须进行深冷处理，深冷处理工艺可以看成是热处理淬火的继续，如图3所示。

图三    深冷处理曲线

BC线段表示从室温B点冷却到马氏体转变终止温度M f 以下的C 点，为深冷处理曲线，BC为降温阶段，CD为保冷阶段，DE为升温阶段。
（2）、细化组织结构
金属材料经深冷处理后，不仅引起残余奥氏体分解，而且马氏体部分分解，转变为碳化物，随后以位错形式析出，并形成超显微碳化物，发生显微塑性变形。通过电镜观察发现，板条马氏体碎化即基体组织细化，碳化物细化。这就是说具有同素异物转变的金属材料，在深冷处理过程中，不仅有残余奥氏体转变，而且还有微细碳化物析出及组织细化过程。
我们选用生产厂家使用最广泛的W6Mo5Cr5V2高速工具钢刀具进行研究，热处理+深冷处理与热处理比较，刀具的残余奥氏体从11%减少到3%；同时对刀具的微观组织结构分析，同样观察到其组织细化，并有碳化物析出，刀具的寿命提高1~3倍。

图四    研磨表面断面图

    从图四可以明显的看出：未深冷处理的刀具摩擦面凹凸的厉害，重研磨带大；而经深冷处理垢刀具摩擦面凹凸变化不大，重研磨带小。由此可见，工具钢进行深冷处理后，组织变得均匀、微细和致密，使工具钢的坚韧性和耐磨性和到显著提高。