粉末冶金作為一種重要的成形工藝，廣泛應(yīng)用于機(jī)械等行業(yè)。粉末冶金模具的質(zhì)量和壽命是決定粉末冶金零件質(zhì)量和壽命的重要因素，因此提高粉末冶金模具的質(zhì)量和壽命對擴(kuò)大粉末冶金零件的應(yīng)用范圍至關(guān)重要。在使用粉末冶金模具的過程中，通常會因磨損而超出公差范圍。一般來說，工具鋼熱處理后的金相組織中含有大量的殘余奧氏體。由于殘余奧氏體是一種強(qiáng)度和硬度較低的軟相，也是一種不穩(wěn)定相，在模具使用過程中容易產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變和應(yīng)力，導(dǎo)致模具早期損壞。特別是當(dāng)殘余奧氏體量超過5%時，材料的強(qiáng)度和耐磨性會明顯降低。

針對粉末冶金行業(yè)價格低廉、應(yīng)用廣泛的Gr15鋼粉末冶金零件成形模和成形模使用壽命短的情況，延長粉末冶金模具的使用壽命通過采用深冷處理提高鋼的耐磨性，從而提高零件質(zhì)量，降低粉末冶金零件的生產(chǎn)成本。正常熱處理后，Gr15鋼中仍存在較多的殘余奧氏體，深冷處理是減少殘余奧氏體很好的方法。殘余奧氏體量基本穩(wěn)定，當(dāng)深冷處理溫度降至-140以下時。這是因?yàn)闇囟认陆档匠潭龋崔D(zhuǎn)變殘余奧氏體的應(yīng)力狀態(tài)接近等軸狀態(tài)，殘余奧氏體不易發(fā)生剪切變形，導(dǎo)致殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變過程停止。因此-196深冷處理后仍有少量殘余奧氏體存在。由于殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，深冷處理后鋼的硬度略有提高。Gr15鋼的沖擊韌性并沒有隨著硬度的增加而降低，因?yàn)闅堄鄪W氏體分布在馬氏體之間，所以這些新轉(zhuǎn)變的馬氏體分散、細(xì)小、均勻，深冷處理后殘留的一部分殘余奧氏體以薄膜形式分布在馬氏體周圍，會增加裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的難度。因此，經(jīng)過深冷處理后，鋼的沖擊韌性幾乎沒有變化。經(jīng)過深冷處理后，鋼的強(qiáng)度提高了。這是由于殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，顯微組織進(jìn)一步細(xì)化，硬度提高，從而提高了鋼的整體強(qiáng)度。

由于粉末冶金模具用于壓制燒結(jié)粉末冶金零件，工作壓力大，燒結(jié)粉末冶金零件的硬度高，因此成型模具的磨損表面布滿溝槽。此外，模具工作面受到很大的擠壓力，在這種強(qiáng)擠壓力的反復(fù)作用下，模具亞表層的軟相反復(fù)變形，在夾雜物等缺點(diǎn)處產(chǎn)生大量位錯和堵塞，產(chǎn)生裂紋。裂縫在壓力下不斷擴(kuò)大，當(dāng)裂紋長度達(dá)到臨界值時，表面與裂紋之間的材料被切斷，產(chǎn)生片狀磨損碎屑。隨著磨損碎片的不斷剝落，模具的磨損大大加快，然后定徑模具超差報廢。深冷處理后，成形模的殘余奧氏體含量顯著降低。一方面由于硬度和強(qiáng)度的提高，犁地難度增加，從而降低了模具的磨損率；另一方面增加了裂紋萌生的難度，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變后顯微組織進(jìn)一步細(xì)化，增加了裂紋擴(kuò)展所需的能量，增加了裂紋擴(kuò)展的難度。

從力學(xué)性能方面來看，深冷處理并不能降低Cr15鋼的韌性，而是提高了強(qiáng)度，即提高了鋼的綜合性能，從而提高了鋼抵抗裂紋萌生和擴(kuò)展的能力，從而降低了磨屑剝落的速度，進(jìn)而延長了模具的使用壽命。因此，深冷處理不僅提高了粉末冶金模具的抗犁溝磨損能力，還提高了成型模具的抗疲勞磨損能力，從而顯著延長了成型模具的壽命，即在使用時，單個模具的成型零件數(shù)量明顯增加。

粉末冶金模具在工作過程中承受強(qiáng)烈的循環(huán)擠壓應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞磨損。深冷處理后，提高了成形模具的強(qiáng)度和韌性，增加了疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的難度，降低了磨屑剝落率，從而大大延長了模具的使用壽命。另一方面深冷處理后，殘余奧氏體量明顯減少，模具硬度和強(qiáng)度增加，模具抗犁削磨損能力提高，也大大延長了模具壽命。