液氮深冷箱是利用深冷箱产生的制冷效果，深冷处理一些金属材料乃至非金属材料，从而提高其强度、硬度、耐磨性和尺寸稳定性等机械性能的仪器。实践表明，冷冻处理可以使奥氏体向稳定的马氏体转变，通常用在尺寸精度要求高的零件，目前主要是量具，精密轴承，仿形靠模等领域使用。
金属材料在低温会出现冷脆现象。除FCC金属外，其他金属随着温度下降，屈服强度急剧增加。当试验温度低于某一温度TK时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击值或断面收缩率急剧下降，断口特征由纤维状转变为结晶状，断裂机理由微孔聚集性转变为穿晶解理型。因此，TK被定义为韧脆转变温度或低温转变温度，这种现象被称为低温脆性(冷脆性)。低温脆性的物理本质：材料的屈服强度随温度下降而急剧增加。冲击韧度是用来衡量材料抵抗冲击能力的指标，它是通过冲击试验来确定的。
这种试验是在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度，不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标，还可作为检验材质及热处理工艺的一个重要手段，这是因为它对材料的品质，宏观缺陷，显微组织十分敏感的缘故。
为实现更低的制冷，液氮深冷箱采用液氮制冷或机械式制冷。液氮制冷可以到液氮的常压沸点温度-196℃。如果使用机械式制冷，要采取多级压缩或复叠的技术措施。采用两级压缩的蒸汽压缩系统可实现约-60℃以上温区的有效制冷，采用两级复叠循环可实现约-80℃以上温区的有效制冷。两级复叠循环的实质是两个单独的单级节流制冷循环，高温级对低温级提供预冷，每上等的工作原理与单级蒸汽压缩制冷循环一致。
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