粉末冶金作为一种重要的成形工艺，广泛应用于机械等行业。粉末冶金模具的质量和寿命是决定粉末冶金零件质量和寿命的重要因素，因此提高粉末冶金模具的质量和寿命对扩大粉末冶金零件的应用范围至关重要。在使用粉末冶金模具的过程中，通常会因磨损而超出公差范围。一般来说，工具钢热处理后的金相组织中含有大量的残余奥氏体。由于残余奥氏体是一种强度和硬度较低的软相，也是一种不稳定相，在模具使用过程中容易产生组织转变和应力，导致模具早期损坏。特别是当残余奥氏体量超过5%时，材料的强度和耐磨性会明显降低。

针对粉末冶金行业价格低廉、应用广泛的Gr15钢粉末冶金零件成形模和成形模使用寿命短的情况，延长粉末冶金模具的使用寿命通过采用深冷处理提高钢的耐磨性，从而提高零件质量，降低粉末冶金零件的生产成本。正常热处理后，Gr15钢中仍存在较多的残余奥氏体，深冷处理是减少残余奥氏体很好的方法。残余奥氏体量基本稳定，当深冷处理温度降至-140以下时。这是因为温度下降到程度，未转变残余奥氏体的应力状态接近等轴状态，残余奥氏体不易发生剪切变形，导致残余奥氏体向马氏体转变过程停止。因此-196深冷处理后仍有少量残余奥氏体存在。由于残余奥氏体向马氏体转变，深冷处理后钢的硬度略有提高。Gr15钢的冲击韧性并没有随着硬度的增加而降低，因为残余奥氏体分布在马氏体之间，所以这些新转变的马氏体分散、细小、均匀，深冷处理后残留的一部分残余奥氏体以薄膜形式分布在马氏体周围，会增加裂纹产生和扩展的难度。因此，经过深冷处理后，钢的冲击韧性几乎没有变化。经过深冷处理后，钢的强度提高了。这是由于残余奥氏体向马氏体转变，显微组织进一步细化，硬度提高，从而提高了钢的整体强度。

由于粉末冶金模具用于压制烧结粉末冶金零件，工作压力大，烧结粉末冶金零件的硬度高，因此成型模具的磨损表面布满沟槽。此外，模具工作面受到很大的挤压力，在这种强挤压力的反复作用下，模具亚表层的软相反复变形，在夹杂物等缺点处产生大量位错和堵塞，产生裂纹。裂缝在压力下不断扩大，当裂纹长度达到临界值时，表面与裂纹之间的材料被切断，产生片状磨损碎屑。随着磨损碎片的不断剥落，模具的磨损大大加快，然后定径模具超差报废。深冷处理后，成形模的残余奥氏体含量显著降低。一方面由于硬度和强度的提高，犁地难度增加，从而降低了模具的磨损率；另一方面增加了裂纹萌生的难度，残余奥氏体转变后显微组织进一步细化，增加了裂纹扩展所需的能量，增加了裂纹扩展的难度。

从力学性能方面来看，深冷处理并不能降低Cr15钢的韧性，而是提高了强度，即提高了钢的综合性能，从而提高了钢抵抗裂纹萌生和扩展的能力，从而降低了磨屑剥落的速度，进而延长了模具的使用寿命。因此，深冷处理不仅提高了粉末冶金模具的抗犁沟磨损能力，还提高了成型模具的抗疲劳磨损能力，从而显著延长了成型模具的寿命，即在使用时，单个模具的成型零件数量明显增加。

粉末冶金模具在工作过程中承受强烈的循环挤压应力，产生疲劳磨损。深冷处理后，提高了成形模具的强度和韧性，增加了疲劳裂纹形成和扩展的难度，降低了磨屑剥落率，从而大大延长了模具的使用寿命。另一方面深冷处理后，残余奥氏体量明显减少，模具硬度和强度增加，模具抗犁削磨损能力提高，也大大延长了模具寿命。