深冷处理
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2.2.1 深冷处理对硬质合金的作用机理 深冷处理可以提高硬质合金的硬度和抗弯强度、冲击韧性；但同时会使其磁导率下降。
4
据分析，深冷处理对硬质合金的作用机理是使组织中的一部分α-Co转变为ε-Co，并在表层产
生一定的残余压应力，从而使材料的性能提高。
2.2.2 深冷处理对铜及铜基合金的作用机理
李智超等人研究了深冷处理对H62黄铜组织和性能的影响，研究结果表明深冷处理可以
体的形状、分布和亚结构，有利于提高钢的强韧性。
科 对合金工具钢和结构钢来说，硬度主要取决于内部残余奥氏体的量。在深冷处理过程中， 国 残余奥氏体的量受两个因素制约：一是深冷处理前材料中奥氏体的量；二是材料的马氏体开
始转变点Ms和马氏体转变结束点Mf。而马氏体开始转变点Ms主要取决于钢的化学成份，其
中中又以碳含量的影响最为显著。材料中残余奥氏体的存在，除了降低硬度以外，在使用或保
形，提高材料的强度和硬度，但是他们对有关的机理没有进行系统的研究，只是笼统的认为
化 是温度产生的应力增加了位错密度而引起的。中南工业大学的陈鼎等人则系统的研究了深冷 理 处理对常用铝合金的性能影响，他们在研究中发现了深冷处理导致铝合金发生晶粒转动的现
象，并就此提出了一系列新的铝合金的深冷强化机制。
院 2.2.4 深冷处理对非晶合金性能的影响及作用和机理 学 关于深冷处理对非晶合金性能的影响，研究发现深冷处理可以改善Co57Ni10Fe5B17非晶
合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)。应用行业遍布于航空航天、精密仪器仪表、摩擦
化 偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。深冷处理技术的出 理 现为低温学在工业中的实际应用和发展开辟了又一个广阔的研究领域。
1.2 深冷处理发展历史
院 早在 100 多年前，瑞士的钟表制造者把钟表的关键零件埋入寒冷的阿尔卑斯雪山中以提
2.1.4 表面产生残余压应力
术 深冷处理过程可能引起材料内部缺陷(微孔，内应力集中部位) 的塑性流变。在随后的 技 复温过程中在空位表面产生残余应力，这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害。最终
表现为磨料磨损抗力的提高。
所 2.1.5 深冷处理部分转移了金属原子的动能 原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理部分转移
开始对深冷处理的工艺、机理进行研究，材料主要集中在工具钢、模具钢和高速钢。研究结
果表明，材料经深冷处理后的性能比一般冷处理后的性能普遍得到了明显改善。近几年来，
随着深冷技术的发展，深冷处理从黑色金属的研究逐步扩大到有色金属及复合材料方面，并
取得了一定的研究进展。
究
研 2. 深冷处理机理 关于深冷处理的机理问题，现在还处于一个研究初期阶段，对材料内部变化机理的认识
7Cr7Mo2V2Si 提高强韧性和疲劳寿命
的强韧化。
9SiCr
提高硬度和冲击韧性
GCr15
提高硬度、冲击韧性、抗弯强度和
耐磨性
D2
提高硬度、冲击韧性和耐磨性。寿
3
热作模具钢 高速钢
3Cr2W8V W18Cr4V W5MoCr4V2
命提高 1.3-6.6 倍 提高硬度、强度和耐磨性 提高硬度、红硬性、耐磨性和冲击 韧性，使用寿命提高 2-5 倍
究 30~50℃，保温一定时间后，快速在水，盐水或油中冷却。这些淬火介质的淬冷能力虽然都 研 很强，但是由于先转变的奥氏体对未转变的奥氏体的转变具有抑制作用，只有进一步增加相
变驱动力，即增加过冷度才能使相变继续进行，所以对于大多数的铁碳合金，淬火后总是存
随着液氮技术及保温材料的发展，1965年美国首次将深冷处理实用化，主要应用对象针
1
对航空领域。此后，深冷技术才开始引起世界各国研究人员的关注。随即英、俄罗斯、日本
等各国学者都对其进行了较为广泛和深入的研究。许多研究表明，材料经深冷处理后比普通
冷处理的硬度及耐磨性有较大提高。
我国对深冷处理的研究与开发起步较晚，在二十世纪 80 年代末，我国的科研学者们才
深冷处理及其应用
1. 深冷处理概述
1.1 定义
工业中一般把材料经过普通的热处理后进一步冷却到摄氏零度以下某一温度（通常为 0～-100℃）的处理方法称为普通冷处理；而把低于-100℃以下（通常为-100℃～-196℃）的
究 冷处理叫做深冷处理。深冷处理又常称为超低温处理，它是普通热处理的延续，低温技术的 研 一个分支。
提高组织中β相的相对含量，从而使组织趋向稳定，并且可以显著提高H62黄铜的硬度和强
度。深冷处理对于减少变形、稳定尺寸，改善切削性能也大有好处。而大连理工大学的丛吉
林和王秀敏等人对于铜基材料主要是CuCr50真空开关触头材料的深冷处理研究结果表明，
究 深冷处理可以使组织明显细化，且在两种合金的交界处有相互渗析的现象，两种合金表面还 研 有大量的颗粒析出，类似于高速钢深冷处理后在晶界及基体表面析出碳化物的现象。另外经
本取得共识，主要的观点如下：
2.1.1 残余奥氏体的改变
理
院 这一点得到了几乎所有研究的证实。低温下(即Ms点以下) 残余奥氏体继续发生相变，
转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度。有学者认为深冷可完全消除残余奥氏体；也有学
学 者发现深冷只能降低残余奥氏体的数量，但不能完全消除；还有人认为深冷改变了残余奥氏
热力学、动力学、晶体学、形核-长大等各方面进行了较为深入、系统的研究，提出了一些
5
马氏体相变的形核理论及物理模型，对马氏体相变理论的进展和马氏体相变在铁基合金、有
色合金、陶瓷材料和其他无机非金属材料方面的应用做出了重要的贡献。
材料的马氏体相变是一种无扩散相变，通过切变完成晶格改组，而不涉及成份变化，只
中
CrWMn
冷冲模具钢
Cr12
显著提高耐磨性
从马氏体中析出
硬度提高 1HRC，相对耐磨性提高 超微细碳化物，
40％
弥散强化；残余
提高硬度，减少残奥量，降低残余 奥氏体转变为马
应力
氏体，提高了硬
提高硬度和耐磨性，寿命提高 1 倍 度和强度；组织
Cr12MoV
稳定尺寸，寿命提高 9-10 倍
细化，引起工件
料内应力增加，也促进了碳化物的析出。于是在随后的回火过程中，在马氏体的基体上析出
了大量弥散的超微细碳化物，从而引起材料强化。
2.1.3 组织细化
究 组织细化引起工件的强韧化。这主要指原来粗大的马氏体板条发生了碎化。有学者认为 研 马氏体点阵常数发生了变化；也有学者认为马氏体分解析出微细碳化物时造成了组织细化。
材料经奥氏体化后快速冷却，在较低温度下发生无扩散型的马氏体相变。马氏体转变是
强化材料的重要手段之一，是一种非常重要的固态相变。人们对马氏体相变的研究经历了近
100 年的时间，形成了一些理论。但有些理论还不十分完善，如形核理论，切变模型等尚存
在一些争议，缺乏统一的认识。国内的徐祖耀、邓永瑞、王世道等研究学者对马氏体相变的
化 了原子间的动能，从而使原子结合的更紧密，提高了金属的性能。
理 2.1.6 常用工模具钢深冷处理效果与主要作用机理 表1为常用工模具钢的深冷处理效果及深冷主要作用机理。
院
学 表1 常用工模具钢的深冷处理效果及深冷主要作用机理
材料
主要效果
主要作用机理
碳素工具钢
科T8 T12
国 低合金工具钢
9Mn2V
深冷处理是将被处理工件置于特定的、可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生
术 变化，从而达到提高或改善材料性能的一种新技术。被处理材料在低温环境下由于微观组织
结构发生了改变，在宏观上表现为材料的耐磨性，尺寸稳定性，抗拉强度，残余应力等方面
技 的提高，国内外学者对此开展了很多相关研究。随着深冷技术的发展和试验手段的完善，人 所 们对深冷处理的研究逐步深入，材料除涉及钢铁材料外，现已延伸到粉末冶金、铜合金、铝
1.5-2.5 倍
超细碳化物；促
所
进残余奥氏体转 变
20Cr2Ni4 18Cr2Ni4W
化 提高工件表面硬度和精度
20CrMnTi
理提高表层硬度，减少脱碳
碳素结构钢
45＃
院提高使用寿命
合金结构钢
学 40Cr
20MnV
减弱或消除高温回火脆性 提高硬度和耐磨性，显著提高冲击不锈钢来自科40MnVB韧性
300、400 系列 提高耐磨性和耐腐蚀性
2.1.7 其它钢铁材料深冷处理效果及作用机制
表2为一些钢铁材料的深冷处理效果及深冷主要作用机理。
表2 钢铁材料的深冷处理效果及深冷主要作用机理
渗碳钢
材料 20＃ 20Ni3Mo
主要效果 提高硬度、强度和韧性
究 主要作用机理
残余奥氏体转
研 变；马氏体分解
析出和超细碳化
术物生成；产生表 面压应力
技 提高硬度和耐磨性，使用寿命提高 组织细化；析出
深冷处理后的该真空触头材料的抗电蚀性得到了改善。国外关于铜电极的深冷处理研究结果
为提高电导率，减小焊接端的塑性变形，寿命提高了近9倍。
术
技 2.2.3 深冷处理对铝、铝基合金的影响及作用机理 铝和铝合金的深冷处理研究是近几年国内深冷处理研究的一个热点，深冷处理可以消除
所 铝基碳化硅复合材料的残余应力和改善其弹性模量，提高铝合金的尺寸稳定性，减少加工变
有在冷却过程中具有同素异构转变的材料才可能有马氏体转变。由于马氏体转变的无扩散
性，相变需要很大的驱动力和过冷度。由淬火冷却形成的马氏体相变，又称为热诱发马氏体
相变，经淬火处理后再配以回火处理，来调整硬度、韧性等以满足各种工件的不同性能的要
求。目前工业生产中，金属材料的淬火工艺主要是将工件加热到材料的 Ac3 或 Ac1 以上
国 弹簧钢
17-4PH 65Mn
改善疲劳性能和耐磨性能
中超高强度钢
TRm80
改善塑性和抗疲劳裂纹扩展能力
降低残余奥氏体 含量
表面形成残余压 应力 析出超细碳化 物；基体组织和 碳化物细化
马氏体中碳化物 析出强化
耐磨铸铁
镍硬铸铁 高铬铸铁
显著提高抗磨能力，使用寿命提高 残余奥氏体转变
91％。
为马氏体
2.2 非铁合金的深冷处理机理
的作用，使材料的韧性增加。所以，深冷处理对降低材料中的残余奥氏体含量，提高材料的
硬度及耐磨性起了很大作用，此外材料中一定量残余奥氏体的存在对提高材料的韧性也是有
2
好处的。
2.1.2 从马氏体中析出超细碳化物
这一点主要原因为马氏体基体组织经深冷处理后，由于体积收缩，铁的晶格常数有缩小
的趋势，从而增加了碳原子析出的驱动力；另一方面，低温下残余奥氏体转变为马氏体，材
高钟表的使用寿命；而一些经验丰富的工具制造者在使用工具之前，把工具储存在冷冻室内
学 几个月，也可以达到类似的效果。现在看来，他们已经在不自觉中运用了冷处理。 科 随着制冷技术的发展，在上世纪三十年代出现了深冷处理技术。1939年俄罗斯人首次提
出了深冷处理的概念，但由于当时低温深冷技术尚不完善，在较长时间内只是在理论上进行
术 还不够完善。相对来说有关黑色金属(钢铁) 的深冷机理已经研究得较为深入、透彻，各国
技 研究者已达成一些共识，而有色金属及其它材料的深冷处理机制研究的相对较少，也不是十
分清楚，现有的机理分析基本上是沿用钢铁材料的相关理论。
2.1 黑色合金(钢铁)的深冷机理
所
化 关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究已较为广泛和深入，且大家均已基
材料的耐磨性和力学性能，深冷处理促进了非磁性元素的表面沉积，发生类似于结晶时的结
科 构松弛的结构转变。
2.2.5 深冷处理对镍基合金性能的影响及作用和机制
国 深冷处理可以提高该合金的塑性，并使其对交变应力集中的敏感性降低。文献中报道，
中深冷处理造成材料的应力松弛，微裂纹向相反的方向发展。
3. 马氏体相变与深冷处理
国 探讨，在实验室进行摸索。 中美国路易斯安娜理工大学F.Barron教授在六十年代末对五种不同合金钢进行了研究。通
过对比未冷处理、低温-84℃处理的和-190℃深冷处理后的试样发现，低温处理后试样的磨 粒磨损发生了较为显著的变化，而硬度变化不明显。-84℃处理后的试样耐磨性比未冷处理 的要提高2.0-6.6倍，而-190℃处理的试样耐磨性比-84℃处理的要增加2.6倍。实际生产过程 也证实了F.Barron的研究结果的正确性，Dayton公司生产的用于大型的锅轮发动机的冲头， 采用-190℃处理后其使用寿命延长了一倍。
存过程中残余奥氏体还会发生转变，使材料在磨削过程中可能出现裂缝。从这个角度来看，
残余奥氏体的存在会损害材料的耐磨性。但是，经深冷处理之后的残余奥氏体是相当稳定的
组织，此时残余奥氏体处于等轴压应力状态，而等轴压应力不会引起塑性变形，这部分残余
奥氏体很少再发生转变，它在磨损过程中以韧性相出现，起到缓和应力，防止接触疲劳扩展
4
据分析，深冷处理对硬质合金的作用机理是使组织中的一部分α-Co转变为ε-Co，并在表层产
生一定的残余压应力，从而使材料的性能提高。
2.2.2 深冷处理对铜及铜基合金的作用机理
李智超等人研究了深冷处理对H62黄铜组织和性能的影响，研究结果表明深冷处理可以
体的形状、分布和亚结构，有利于提高钢的强韧性。
科 对合金工具钢和结构钢来说，硬度主要取决于内部残余奥氏体的量。在深冷处理过程中， 国 残余奥氏体的量受两个因素制约：一是深冷处理前材料中奥氏体的量；二是材料的马氏体开
始转变点Ms和马氏体转变结束点Mf。而马氏体开始转变点Ms主要取决于钢的化学成份，其
中中又以碳含量的影响最为显著。材料中残余奥氏体的存在，除了降低硬度以外，在使用或保
形，提高材料的强度和硬度，但是他们对有关的机理没有进行系统的研究，只是笼统的认为
化 是温度产生的应力增加了位错密度而引起的。中南工业大学的陈鼎等人则系统的研究了深冷 理 处理对常用铝合金的性能影响，他们在研究中发现了深冷处理导致铝合金发生晶粒转动的现
象，并就此提出了一系列新的铝合金的深冷强化机制。
院 2.2.4 深冷处理对非晶合金性能的影响及作用和机理 学 关于深冷处理对非晶合金性能的影响，研究发现深冷处理可以改善Co57Ni10Fe5B17非晶
合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)。应用行业遍布于航空航天、精密仪器仪表、摩擦
化 偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。深冷处理技术的出 理 现为低温学在工业中的实际应用和发展开辟了又一个广阔的研究领域。
1.2 深冷处理发展历史
院 早在 100 多年前，瑞士的钟表制造者把钟表的关键零件埋入寒冷的阿尔卑斯雪山中以提
2.1.4 表面产生残余压应力
术 深冷处理过程可能引起材料内部缺陷(微孔，内应力集中部位) 的塑性流变。在随后的 技 复温过程中在空位表面产生残余应力，这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害。最终
表现为磨料磨损抗力的提高。
所 2.1.5 深冷处理部分转移了金属原子的动能 原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理部分转移
开始对深冷处理的工艺、机理进行研究，材料主要集中在工具钢、模具钢和高速钢。研究结
果表明，材料经深冷处理后的性能比一般冷处理后的性能普遍得到了明显改善。近几年来，
随着深冷技术的发展，深冷处理从黑色金属的研究逐步扩大到有色金属及复合材料方面，并
取得了一定的研究进展。
究
研 2. 深冷处理机理 关于深冷处理的机理问题，现在还处于一个研究初期阶段，对材料内部变化机理的认识
7Cr7Mo2V2Si 提高强韧性和疲劳寿命
的强韧化。
9SiCr
提高硬度和冲击韧性
GCr15
提高硬度、冲击韧性、抗弯强度和
耐磨性
D2
提高硬度、冲击韧性和耐磨性。寿
3
热作模具钢 高速钢
3Cr2W8V W18Cr4V W5MoCr4V2
命提高 1.3-6.6 倍 提高硬度、强度和耐磨性 提高硬度、红硬性、耐磨性和冲击 韧性，使用寿命提高 2-5 倍
究 30~50℃，保温一定时间后，快速在水，盐水或油中冷却。这些淬火介质的淬冷能力虽然都 研 很强，但是由于先转变的奥氏体对未转变的奥氏体的转变具有抑制作用，只有进一步增加相
变驱动力，即增加过冷度才能使相变继续进行，所以对于大多数的铁碳合金，淬火后总是存
随着液氮技术及保温材料的发展，1965年美国首次将深冷处理实用化，主要应用对象针
1
对航空领域。此后，深冷技术才开始引起世界各国研究人员的关注。随即英、俄罗斯、日本
等各国学者都对其进行了较为广泛和深入的研究。许多研究表明，材料经深冷处理后比普通
冷处理的硬度及耐磨性有较大提高。
我国对深冷处理的研究与开发起步较晚，在二十世纪 80 年代末，我国的科研学者们才
深冷处理及其应用
1. 深冷处理概述
1.1 定义
工业中一般把材料经过普通的热处理后进一步冷却到摄氏零度以下某一温度（通常为 0～-100℃）的处理方法称为普通冷处理；而把低于-100℃以下（通常为-100℃～-196℃）的
究 冷处理叫做深冷处理。深冷处理又常称为超低温处理，它是普通热处理的延续，低温技术的 研 一个分支。
提高组织中β相的相对含量，从而使组织趋向稳定，并且可以显著提高H62黄铜的硬度和强
度。深冷处理对于减少变形、稳定尺寸，改善切削性能也大有好处。而大连理工大学的丛吉
林和王秀敏等人对于铜基材料主要是CuCr50真空开关触头材料的深冷处理研究结果表明，
究 深冷处理可以使组织明显细化，且在两种合金的交界处有相互渗析的现象，两种合金表面还 研 有大量的颗粒析出，类似于高速钢深冷处理后在晶界及基体表面析出碳化物的现象。另外经
本取得共识，主要的观点如下：
2.1.1 残余奥氏体的改变
理
院 这一点得到了几乎所有研究的证实。低温下(即Ms点以下) 残余奥氏体继续发生相变，
转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度。有学者认为深冷可完全消除残余奥氏体；也有学
学 者发现深冷只能降低残余奥氏体的数量，但不能完全消除；还有人认为深冷改变了残余奥氏
热力学、动力学、晶体学、形核-长大等各方面进行了较为深入、系统的研究，提出了一些
5
马氏体相变的形核理论及物理模型，对马氏体相变理论的进展和马氏体相变在铁基合金、有
色合金、陶瓷材料和其他无机非金属材料方面的应用做出了重要的贡献。
材料的马氏体相变是一种无扩散相变，通过切变完成晶格改组，而不涉及成份变化，只
中
CrWMn
冷冲模具钢
Cr12
显著提高耐磨性
从马氏体中析出
硬度提高 1HRC，相对耐磨性提高 超微细碳化物，
40％
弥散强化；残余
提高硬度，减少残奥量，降低残余 奥氏体转变为马
应力
氏体，提高了硬
提高硬度和耐磨性，寿命提高 1 倍 度和强度；组织
Cr12MoV
稳定尺寸，寿命提高 9-10 倍
细化，引起工件
料内应力增加，也促进了碳化物的析出。于是在随后的回火过程中，在马氏体的基体上析出
了大量弥散的超微细碳化物，从而引起材料强化。
2.1.3 组织细化
究 组织细化引起工件的强韧化。这主要指原来粗大的马氏体板条发生了碎化。有学者认为 研 马氏体点阵常数发生了变化；也有学者认为马氏体分解析出微细碳化物时造成了组织细化。
材料经奥氏体化后快速冷却，在较低温度下发生无扩散型的马氏体相变。马氏体转变是
强化材料的重要手段之一，是一种非常重要的固态相变。人们对马氏体相变的研究经历了近
100 年的时间，形成了一些理论。但有些理论还不十分完善，如形核理论，切变模型等尚存
在一些争议，缺乏统一的认识。国内的徐祖耀、邓永瑞、王世道等研究学者对马氏体相变的
化 了原子间的动能，从而使原子结合的更紧密，提高了金属的性能。
理 2.1.6 常用工模具钢深冷处理效果与主要作用机理 表1为常用工模具钢的深冷处理效果及深冷主要作用机理。
院
学 表1 常用工模具钢的深冷处理效果及深冷主要作用机理
材料
主要效果
主要作用机理
碳素工具钢
科T8 T12
国 低合金工具钢
9Mn2V
深冷处理是将被处理工件置于特定的、可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生
术 变化，从而达到提高或改善材料性能的一种新技术。被处理材料在低温环境下由于微观组织
结构发生了改变，在宏观上表现为材料的耐磨性，尺寸稳定性，抗拉强度，残余应力等方面
技 的提高，国内外学者对此开展了很多相关研究。随着深冷技术的发展和试验手段的完善，人 所 们对深冷处理的研究逐步深入，材料除涉及钢铁材料外，现已延伸到粉末冶金、铜合金、铝
1.5-2.5 倍
超细碳化物；促
所
进残余奥氏体转 变
20Cr2Ni4 18Cr2Ni4W
化 提高工件表面硬度和精度
20CrMnTi
理提高表层硬度，减少脱碳
碳素结构钢
45＃
院提高使用寿命
合金结构钢
学 40Cr
20MnV
减弱或消除高温回火脆性 提高硬度和耐磨性，显著提高冲击不锈钢来自科40MnVB韧性
300、400 系列 提高耐磨性和耐腐蚀性
2.1.7 其它钢铁材料深冷处理效果及作用机制
表2为一些钢铁材料的深冷处理效果及深冷主要作用机理。
表2 钢铁材料的深冷处理效果及深冷主要作用机理
渗碳钢
材料 20＃ 20Ni3Mo
主要效果 提高硬度、强度和韧性
究 主要作用机理
残余奥氏体转
研 变；马氏体分解
析出和超细碳化
术物生成；产生表 面压应力
技 提高硬度和耐磨性，使用寿命提高 组织细化；析出
深冷处理后的该真空触头材料的抗电蚀性得到了改善。国外关于铜电极的深冷处理研究结果
为提高电导率，减小焊接端的塑性变形，寿命提高了近9倍。
术
技 2.2.3 深冷处理对铝、铝基合金的影响及作用机理 铝和铝合金的深冷处理研究是近几年国内深冷处理研究的一个热点，深冷处理可以消除
所 铝基碳化硅复合材料的残余应力和改善其弹性模量，提高铝合金的尺寸稳定性，减少加工变
有在冷却过程中具有同素异构转变的材料才可能有马氏体转变。由于马氏体转变的无扩散
性，相变需要很大的驱动力和过冷度。由淬火冷却形成的马氏体相变，又称为热诱发马氏体
相变，经淬火处理后再配以回火处理，来调整硬度、韧性等以满足各种工件的不同性能的要
求。目前工业生产中，金属材料的淬火工艺主要是将工件加热到材料的 Ac3 或 Ac1 以上
国 弹簧钢
17-4PH 65Mn
改善疲劳性能和耐磨性能
中超高强度钢
TRm80
改善塑性和抗疲劳裂纹扩展能力
降低残余奥氏体 含量
表面形成残余压 应力 析出超细碳化 物；基体组织和 碳化物细化
马氏体中碳化物 析出强化
耐磨铸铁
镍硬铸铁 高铬铸铁
显著提高抗磨能力，使用寿命提高 残余奥氏体转变
91％。
为马氏体
2.2 非铁合金的深冷处理机理
的作用，使材料的韧性增加。所以，深冷处理对降低材料中的残余奥氏体含量，提高材料的
硬度及耐磨性起了很大作用，此外材料中一定量残余奥氏体的存在对提高材料的韧性也是有
2
好处的。
2.1.2 从马氏体中析出超细碳化物
这一点主要原因为马氏体基体组织经深冷处理后，由于体积收缩，铁的晶格常数有缩小
的趋势，从而增加了碳原子析出的驱动力；另一方面，低温下残余奥氏体转变为马氏体，材
高钟表的使用寿命；而一些经验丰富的工具制造者在使用工具之前，把工具储存在冷冻室内
学 几个月，也可以达到类似的效果。现在看来，他们已经在不自觉中运用了冷处理。 科 随着制冷技术的发展，在上世纪三十年代出现了深冷处理技术。1939年俄罗斯人首次提
出了深冷处理的概念，但由于当时低温深冷技术尚不完善，在较长时间内只是在理论上进行
术 还不够完善。相对来说有关黑色金属(钢铁) 的深冷机理已经研究得较为深入、透彻，各国
技 研究者已达成一些共识，而有色金属及其它材料的深冷处理机制研究的相对较少，也不是十
分清楚，现有的机理分析基本上是沿用钢铁材料的相关理论。
2.1 黑色合金(钢铁)的深冷机理
所
化 关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究已较为广泛和深入，且大家均已基
材料的耐磨性和力学性能，深冷处理促进了非磁性元素的表面沉积，发生类似于结晶时的结
科 构松弛的结构转变。
2.2.5 深冷处理对镍基合金性能的影响及作用和机制
国 深冷处理可以提高该合金的塑性，并使其对交变应力集中的敏感性降低。文献中报道，
中深冷处理造成材料的应力松弛，微裂纹向相反的方向发展。
3. 马氏体相变与深冷处理
国 探讨，在实验室进行摸索。 中美国路易斯安娜理工大学F.Barron教授在六十年代末对五种不同合金钢进行了研究。通
过对比未冷处理、低温-84℃处理的和-190℃深冷处理后的试样发现，低温处理后试样的磨 粒磨损发生了较为显著的变化，而硬度变化不明显。-84℃处理后的试样耐磨性比未冷处理 的要提高2.0-6.6倍，而-190℃处理的试样耐磨性比-84℃处理的要增加2.6倍。实际生产过程 也证实了F.Barron的研究结果的正确性，Dayton公司生产的用于大型的锅轮发动机的冲头， 采用-190℃处理后其使用寿命延长了一倍。
存过程中残余奥氏体还会发生转变，使材料在磨削过程中可能出现裂缝。从这个角度来看，
残余奥氏体的存在会损害材料的耐磨性。但是，经深冷处理之后的残余奥氏体是相当稳定的
组织，此时残余奥氏体处于等轴压应力状态，而等轴压应力不会引起塑性变形，这部分残余
奥氏体很少再发生转变，它在磨损过程中以韧性相出现，起到缓和应力，防止接触疲劳扩展