随着现代制造技术的发展,航空、汽车、模具等行业对机加工的加工量和加工效率有了更高的要求,切削过程中切削用量增加,温度较高,刀具磨损严重,降低了刀具使用寿命,对刀具耐用度造成了较大的影响。改善刀具材料耐磨性是提高刀具使用寿命的核心,也一直是提高刀具整体性能的主要研究方向。深冷处理作为传统热处理的扩展,它能有效提高材料的强度、韧性和耐磨性。深冷处理设备和深冷处理工艺中的深冷温度、时间以及工艺顺序均对深冷处理效果有较大的影响。本文首先对深冷处理设备的换热制冷系统进行分析,对比了辐射换热制冷系统和对流换热制冷系统,结合两者优点提出一种复合换热制冷系统,并基于该系统对深冷处理设备进行改进,改进后的设备具有控温更精确,内部温度均匀,结构简单等优点。其次对深冷处理工艺参数进行研究,提出了一种基于马氏体相变动力学理论求解深冷时间和温度的方法。并以M2高速钢立铣刀为实验对象,使用改进的设备进行了试验,采用硬度值和VB对深冷处理效果进行双重评价。试验结果表明:刀具深冷处理效果的影响因素主次顺序为深冷温度、深冷时间、降温速率;深冷时间越长,温度越低,效果越好,但是深冷处理效果随时间、温度的增加均呈现先快速提高,后缓慢增长的趋势,该趋势与计算结果保持一致;对耐磨性影响最好的深冷工艺是-194℃×2h×5℃/min×2次,在实验工况下,刀具耐磨性最高提高47.5%,该工艺水平组合的深冷时间和温度也是计算得到的最优解。最后研究了深冷处理对刀具耐磨性的影响,研究结果表明:多次深冷处理后刀具耐磨性均优于一次深冷处理,且在-194℃时多次深冷处理后,刀具硬度与耐磨性提高最大。对比了深冷处理前后刀具磨损形貌,深冷处理后的刀具烧伤程度更轻,粘接磨损也较少,刀具散热性更好,氧化磨损更低,耐磨性更好。