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在深冷加工過程中，金屬中大量殘余奧體轉變為馬氏體，特別是過飽和的亞穩定馬氏體在從-196℃至室溫的過程中會降低過飽和度，析出彌散、尺寸僅為20～60A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后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，從而改善了工模具的性能，使硬度、抗沖擊韌性和耐磨性都顯著提高。
深冷技術的改進效果不僅限于工作表面,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的作用。
有關深冷、超深冷處理析出更細小的彌散碳化物是指——在顯微鏡下看圖片：深冷、超深冷處理后馬氏板條尺寸明顯細小，表示原粗大的馬氏體板條在深冷、超深冷處理的過程中發生碎化，低碳馬氏體的碎化與深冷處理引起的馬氏體微分解有關。在深冷、超深冷處理過程中，馬氏在-190度低溫下，由于體積收縮Fe的晶格常數趨于縮小，而低溫下固溶度變小使馬氏體的過飽和度有所增加，亦使空位的平蘅濃度降低。這些都增加了碳原子析出偏聚的驅動力，但低溫下原子運動困難，擴散距離極短，馬氏體內過飽和碳原子往往偏聚于附近的錯位線上，在隨后的回溫過程中逐步形成超微細碳化物核心，脫落后使馬氏體發生微分解，內部亞單元尺寸變小：低碳馬氏體在淬火過程中會發生回火現象，碳原子有部分偏聚并以有微細的碳化物析出，但仍是碳在α-Fe中過飽和固溶體。深冷、超深冷處理促進碳原子更彌散偏聚，形成超微細碳化物核心使馬氏體分解，馬氏體內界面增多而碎化。在深冷、超深冷處理的溫度回升階段碳原子的擴散能力大大增加，而隨溫度回升空位平衡濃度也升高，從而更加快碳原子的擴散運動。自回火產生的微細碳化物促進碳化物的聚合長大，深冷、超深冷處理形成的超微細碳化物在回溫過程和室溫保持中逐步聚合長大。故深冷、超深冷處理后馬氏體內碳化物微粒的數量增多且尺寸較大。
深冷處理的作用：
可轉變殘奧，提高工件的硬度和耐磨性，穩定工件的尺寸。
可析出超細碳化物，提高工件的耐磨性；可細化晶粒，提高工件的沖擊韌性。
可成倍提高馬氏體不銹鋼的抗蝕性，提高工件的拋光性能。
可改善有色金屬的導電能力和抗蝕性。
可減少模具變形、開裂。提高工件的尺寸精度。
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