深冷處理的機(jī)理國(guó)內(nèi)外的研究已較為廣泛和深入，且大家均已基本取得共識(shí)，主要的觀點(diǎn)如下：
 1、殘余奧氏體的改變：
    這一點(diǎn)得到了幾乎所有研究的證實(shí)。低溫下(即Ms點(diǎn)以下) 殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，提高了工件的硬度和強(qiáng)度。有學(xué)者認(rèn)為深冷可完全消除殘余奧氏體；也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)深冷只能降低殘余奧氏體的數(shù)量，但不能完全消除；還有人認(rèn)為深冷改變了殘余奧氏體的形狀、分布和亞結(jié)構(gòu)，有利于提高鋼的強(qiáng)韌性。
    
    對(duì)合金工具鋼和結(jié)構(gòu)鋼來說，硬度主要取決于內(nèi)部殘余奧氏體的量。在深冷處理過程中，殘余奧氏體的量受兩個(gè)因素制約：一是深冷處理前材料中奧氏體的量；二是材料的馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms和馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)Mf。而馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms主要取決于鋼的化學(xué)成份，其中又以碳含量的影響*為顯著。材料中殘余奧氏體的存在，除了降低硬度以外，在使用或保存過程中殘余奧氏體還會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，使材料在磨削過程中可能出現(xiàn)裂縫。從這個(gè)角度來看，殘余奧氏體的存在會(huì)損害材料的耐磨性。但是，經(jīng)深冷處理之后的殘余奧氏體是相當(dāng)穩(wěn)定的組織，此時(shí)殘余奧氏體處于等軸壓應(yīng)力狀態(tài)，而等軸壓應(yīng)力不會(huì)引起塑性變形，這部分殘余奧氏體很少再發(fā)生轉(zhuǎn)變，它在磨損過程中以韌性相出現(xiàn)，起到緩和應(yīng)力，防止接觸疲勞擴(kuò)展的作用，使材料的韌性增加。所以，深冷處理對(duì)降低材料中的殘余奧氏體含量，提高材料的硬度及耐磨性起了很大作用，此外材料中一定量殘余奧氏體的存在對(duì)提高材料的韌性也是有好處的。

 2、從馬氏體中析出超細(xì)碳化物：
    這一點(diǎn)主要原因?yàn)轳R氏體基體組織經(jīng)深冷處理后，由于體積收縮，鐵的晶格常數(shù)有縮小的趨勢(shì)，從而增加了碳原子析出的驅(qū)動(dòng)力；另一方面，低溫下殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，材料內(nèi)應(yīng)力增加，也促進(jìn)了碳化物的析出。于是在隨后的回火過程中，在馬氏體的基體上析出了大量彌散的超微細(xì)碳化物，從而引起材料強(qiáng)化。

 3、組織細(xì)化：
    組織細(xì)化引起工件的強(qiáng)韌化。這主要指原來粗大的馬氏體板條發(fā)生了碎化。有學(xué)者認(rèn)為馬氏體點(diǎn)陣常數(shù)發(fā)生了變化；也有學(xué)者認(rèn)為馬氏體分解析出微細(xì)碳化物時(shí)造成了組織細(xì)化。

 4、表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力：
    深冷處理過程可能引起材料內(nèi)部缺陷(微孔，內(nèi)應(yīng)力集中部位) 的塑性流變。在隨后的復(fù)溫過程中在空位表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力可以減輕缺陷對(duì)材料局部強(qiáng)度的損害。*終表現(xiàn)為磨料磨損抗力的提高。

 5、深冷處理部分轉(zhuǎn)移了金屬原子的動(dòng)能：
    原子間既存在使原子緊靠在一起的結(jié)合力，又存在使之分開的動(dòng)能。深冷處理部分轉(zhuǎn)移了原子間的動(dòng)能，從而使原子結(jié)合的更緊密，提高了金屬的性能。