在熱處理中，深冷處理系統的作用機制如下：

　　1、提高工件的硬度和強度

　　從某種意義上說，深冷處理是淬火的延續。在常溫下，通過降低溫度，MF點材料可以繼續完成A向M的轉換。例如，一些高碳高合金鋼和低合金滲碳鋼的MF點相對較低。常規淬火后，殘余奧氏體可達25%甚至更高。通過持續轉換，RC1-3度甚至HRC5-6度通常可以增加。

　　納米其他極細滲碳體沉淀在馬氏體基材中，少量提高了工件的硬度。上海交通大學錢士強用16Mn實驗，基本拋開了殘奧會變化的影響。與非深冷工件相比，幾個深冷工件的硬度提高了HRC1.5度左右，這表明極細滲碳體的彌漫分布對組織起到了擴散和強化的作用。

　　結合材料手冊，當材料硬度超過HRC50時，我們可以看到鉻鋼、鉻釩鋼和鉻鉬鋼的抗拉強度一般在30MPA上下增加，每次硬度增加HRC0.5度。

　　提高大件的整體硬度，提高硬化深度。

　　2、確保工件尺寸精度

　　隨著時間的推移和外力的作用，殘余奧氏體是一種不穩定的組織，其部分將轉化為馬氏體，影響工件的尺寸精度。干式液氮罐

　　奧氏體比率：0.12120.0033(%C)w(C)%=0-2

　　馬氏體比例：0.12710.0025(%C)w(C)%=0-2

　　一般情況下，根據上述公式估計，奧氏體全部轉化為馬氏體，體積增加了4%左右。假設熱處理后有10%的殘奧會，如果全部轉化為馬氏體，體積會膨脹0.4%。深度冷卻處理可以使殘奧會保持在5%甚至3%以下，在后續加工和使用中很難改變殘奧會。因此，工件的精度大大提高。

　　在工件使用過程中，材料內部的點缺陷和位置也會發生變化。

　　采用極低溫深冷處理，驅動原點缺陷產生塑性流變，減少位置缺陷。采用正電子吞沒技術測量深冷后位置表的濃度變化。深冷前正電子壽命為298s，深冷后163.4s，可以看出，深冷處理降低了近一半的位置濃度，從而提高了工件的強度和尺寸穩定性，甚至避免了位置組造成的微裂紋。(這也是改變一些有色金屬電阻的原因。)

　　3、提高工件的耐磨性

　　硬度提高了，高硬度的馬氏體比奧氏體更耐磨。W18CR4V\CR12等材料在硬度從HV600提高到HV800時，其相對耐磨性分別提高了15%至20%。

　　分析并擴散了大量分布在馬氏體位錯線和雙晶帶上的極細滲碳體，對馬氏體基材起到釘釘和支撐的作用。即使冷卻有時沒有顯著提高工件的硬度，我們也能清楚地看到其耐磨性的提高。

　　通常情況下，高碳高合金工件的耐磨性提高50%。

　　4、提高工件的沖擊韌性

　　低溫收縮導致材料晶格常數縮小。馬氏體基體上沉淀了納米其它極細滲碳體，馬氏體軸比下降。經過深冷處理(-196℃保溫10小時)，陳長峰和李士燕的實驗證明，T12的馬氏體軸比保持在1.027，而非深冷軸比保持在1.038。在李雄和李士燕的另一個高速鋼W6CR5MO4V2的深冷試驗中，

　　與上述試驗一樣，馬氏體的碳含量從0.49%下降到0.32%，未冷卻的馬氏體雙晶寬度為20-70nm。深度冷卻后，馬氏體雙晶總寬度小于10-20nm，晶體明顯細化。而且雙晶帶上積累的滲碳顆粒大小為6-10nm。晶體越密，細晶帶來的強度就越大。

　　降低位置濃度，減少點缺陷也是提高工件沖擊韌性的原因之一。

　　5、改善工件內應力分布，改善疲勞極限

　　通過細化組織、擴散滲碳體分布、減少點缺陷等變化，深冷處理再次分配工件內部應力，改變某些應力狀態。

　　當工件從深冷溫度升高并通過正常溫度淬火時，相當于消除應力的近200度溫差。從某種意義上說，整個過程的長、慢、冷都類似于人工時效。

　　在深冷過程中，降溫速度和升溫速度控制是非常重要的，以提高深冷處理消除應力的效果。

　　6、提高工件的耐腐蝕性

　　對晶體進行深冷處理細化，晶界細化可降低晶間腐蝕的機率。

　　它轉移了多余的自由能量，減少了奧氏體和馬氏體之間的二相電位差，減少了電化學反應的機會。l降低了組織內部的應力，使組織更加均勻，減少了應力腐蝕的機會。

　　降低位置濃度能有效降低氫氣在組織內聚集的機會。

　　還有其他小方面，比如降低熱處理后切割或切割的風險，提高工件的拋光性能，提高工件的頑固性。對于一些需要三次淬火的模具工件，深冷處理也可以減少淬火過程。