深冷處理過程中，被處理材料置于特定的、可控的低溫環境中，材料的微觀組織結構發生變化，從而提高或改善材料性能。關于深冷處理的機理問題，現在還處于一個研究初期階段，對材料內部變化機理的認識還不夠完善。相對來說有關黑色金屬(鋼鐵) 的深冷機理已經研究得較為深入、透徹，各國研究者已達成一些共識。

　　　對于黑色金屬來說，其深冷處理的機理主要由以下幾點：

　　　①殘余奧氏體轉變成馬氏體提高了材料的硬度和強度，同時改善了材料的尺寸穩定性；

　　　②從馬氏體基體中析出超細碳化物顆粒，提高了材料的耐磨性，從而提高使用壽命；

　　　③馬氏體板條碎化，使組織得到細化，從而引起工件的強韌化；

　　　④降低材料內部的殘余應力，從而提高材料的尺寸穩定性。

　　　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**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。