由于奧氏體在低溫環境下非常不穩固及分解, 使原來的缺陷 ( 微孔及內應力集中的部份 ) 產生塑性流動而變成組織細化, 因此只要將金屬置于超低溫環境下, 其中的奧氏體會轉化成馬氏體, 內應力因而消除。在超低溫時由于組織體積收縮, Fe 晶格常數縮細而加強碳原子析出的驅動力, 于是馬氏體的基體析出大量超微細碳化物, 這些超微細結晶體會使物料的強度提高, 同時增加耐磨性與剛性。超低溫度可轉移金屬原子的運能, 使原子之間不能擴散分開從而使原子結合更緊密。
 

　　目前深冷處理的設備主要有兩種形式，一種采用壓縮空氣來致冷，較低使用溫度為-100℃，而常用的深冷設備都采用液氮致冷，它既經濟又方便。液氮制冷的方式，大致可以分為下面兩種方式：

　　1、液氮浸泡式制冷：將工件直接放到裝有液氮的容器中，使工件驟冷至液氮溫度，并在此溫度下停留一段時間，復溫而完成整個過程。研制前期都是采用液氮浸泡式方法進行處理的。由于這種工藝簡單方便，應用較為廣泛。但是，這種方法的降溫速度較快，導致熱應力過大，容易對工件材料造成組織損害，而且工件材料在降溫過程中降溫速度是不可控制的，進而影響工藝的可調性。

　　2、利用液氮的汽化潛熱或者低溫氮氣制冷：利用低溫氮氣實現制冷的原理是低溫氮氣與材料直接接觸，通過對流換熱來使材料溫度降低，而利用液氮的汽化潛熱的原理就是液氮與材料不直接接觸而通過間接方式使材料溫度降低。利用這種方式來制冷按其傳熱方式又分為三種：

　 　(a) 基于輻射換熱的系統；

　　 (b) 基于對流換熱的系統；

　 　(c) 基于輻射換熱與對流換熱相結合的系統。

　　深冷處理可提升工件的硬度及強度，提高工件的耐磨性，提高工件的沖擊韌性，改善工件內應力分布，提高疲勞強度，提高工件的耐腐蝕性能。