Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết đòi hỏi phải được lắp chặt vào nhau với một độ chặt lớn. Đối với các chi tiết này không thể sử dụng các biện pháp gá lắp bình thường. Ví dụ trường hợp lắp chân van vào thân máy của các động cơ ôtô. Trong trường hợp này người ta làm lạnh chân van xuống -80oC đến -180oC, đường kính chân van thu nhỏ lại người ta dễ dàng lắp vào thân máy. Khi nhiệt độ trở lại bình thường, chân van nở ra và ép chặt vào thân máy tạo nên mối liên kết rất chắc chắn. Trong trường hợp lắp ghép theo phương pháp này phải tính toán rất kỹ lưỡng dung sai khi lắp đặt. Dung sai tuỳ thuộc vào kích thước, đặc điểm chi tiết và vật liệu sử dụng.

Bằng cách làm lạnh người ta nhận thấy có thể làm thay đổi cấu trúc của một số vật liệu chế tạo máy, theo hướng tích cực. Ví dụ như trong thép đã tôi còn sót lại một ít austenit, khi nhúng thép vào môi trường lạnh -80oC trong khoảng từ 5 đến 10 phút, austenit có thể chuyển hoá thành martensit làm cho thép cứng hơn. Gia công lạnh sau khi tôi không những làm cho thép cứng hơn mà còn tăng độ rắn, khả năng chống mài mòn, độ đàn hồi, tăng tuổi thọ và ổn định kích thước chi tiết máy.

Một ví dụ cụ thể về trường hợp gia công các bơm piston tại Mỹ. Piston được chế tạo bằng thép SAE25.100, sau một thời gian làm việc ở những môi trường khí hậu khác nhau khoảng 2 tháng thì xảy ra hiện tượng kết dính là vì ostensit dư chuyển biến tiếp tục đã làm tăng kích thước và thể tích của piston. Nếu sau khi gia công xong thêm khâu gia công lạnh vào quá trình nhiệt luyện thì hiện tượng đó sẽ được khắc phục.

Về gia công lạnh để tăng tính đàn hồi, độ rắn, tính chống mài mòn đã được các nhà khoa học Anh, Mỹ kết luận từ năm 1914. Bảng 1-7 dưới đây cho thấy khi gia công lạnh thép có 0,8%C, 8%Ni, 4%Cr, 1%V ở các nhiệt độ khác nhau thì độ đàn hồi E tăng lên đáng kể.

Bảng 1-7: Độ đàn hồi khi gia công ở các nhiệt độ khác nhau

Độ cứng HRc của thép cũng được tăng khi gia công lạnh nhờ đó làm tăng khả năng chống mài mòn của chi tiết.

Bảng 1-8 dưới đây cho thấy rõ điều đó.

Nhiều số liệu từ sản xuất cho biết trong gia công vỏ đạn bằng mũi đột sâu thì dùng mũi đột bằng thép gió, thép crôm cao, các bon cao hay thép cac bon thường đã qua nhiệt luyện thì sau khoảng 30000 sản phẩm chúng đều bị vỡ. Nhưng nếu dùng thép thường sau nhiệt luyện có gia công lạnh thì tuổi thọ có thể tăng 10 lần.

Bảng 1-8: Độ rắn của thép ở các nhiệt độ gia công khác nhau

Đối với thép crôm đã tôi, khi làm lạnh xuống -80oC, cấu trúc tế vi của thép sẽ được cũng cố. Vì martensit có khối lượng riêng nhỏ hơn nên thể tích riêng lớn hơn austenit, nên nếu quá trình biến đổi chậm, thể tích tăng dần sẽ ảnh hưởng xấu đến các chi tiết máy chính xác. Quá trình “lão hoá” nhân tạo ở nhiệt độ thấp sẽ ổn định thể tích của thép.

Gang austenit được sản xuất và sử dụng rộng rãi tuy cơ tính của nó kém hơn nhiều so với thép cán hoặc rèn. Tuy nhiên có thể cải thiện cơ tính của chúng rất nhiều nếu được xử lý lạnh ở -80oC trong hỗn hợp cồn và đá khô. Sau đó chúng được nung nóng đến nhiệt độ 700oC để biến đổi các martensit niken trở lại austenit. Các martensit niken không mong muốn này được hình thành trong quá trình xử lý lạnh. Qua quá trình xử lý trên, độ bền kéo tăng lên đến 2000 bar.

Lạnh thâm độ được dùng để làm lạnh cho ổn định kích thước của nhiều tấm gang, tấm kim loại màu trong chế tạo vỏ, thân của các thiết bị chính xác. Làm lạnh thâm độ còn được ứng dụng để lắp ráp các cơ cấu chính xác.

Trong quá trình gia công phôi, phần lớn cơ năng đưa vào biến thành nhiệt năng, làm cho nhiệt độ dao cắt tăng cao. Bằng cách gắn các cặp nhiệt ở đầu mũi dao và các vị trí khác nhau, người ta có thể đo được sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc của dao cắt. Đối với quá trình tiện thép vòng bi nhiệt độ đầu cắt có thể lên tới 800oC. Do nhiệt độ cao, cơ tính của dao cắt giảm. Để tăng độ bền của dao và thời gian sử dụng cần phải làm lạnh dao xuống nhiệt độ thích hợp. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, tuổi thọ dao tỷ lệ nghịch với bình phương nhiệt độ. Vì vậy khi giảm nhiệt độ xuống thời gian làm việc và tuổi thọ của dao tăng đáng kể.

Để làm lạnh dao, người ta sử dụng dung dịch dầu cắt hoặc nhũ tương đã được làm lạnh xuống 2 đến 4oC rót trực tiếp vào vị trí cắt.

Các loại thép không rỉ austenit có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, do đó nhiệt độ ở các dao cắt còn tăng cao hơn nữa. Trong trường hợp này người ta thường sử dụng CO2 lỏng để làm lạnh. Phương pháp làm lạnh có thể thực hiện từ bên trong. Thanh thép tiện được bố trí một lổ ở phía trong đến đúng vị trí tấm dao cắt volframcacbit để CO2 lỏng chảy đến đây và bay hơi làm lạnh dao. Hơi CO2 thoát ra qua một lổ nhỏ.

Trong công nghiệp chế tạo máy bay người ta sử dụng rất nhiều tấm kiểu sandwich hai bên là hai tấm kim loại rất mỏng, dễ bị uốn cong và biến dạng. Một giải pháp hiệu quả là cho đầy nước vào các ngăn sau đó làm lạnh kết đông đá. Khi đó có thể gia công cơ khí như là một khối liền. Sau khi gia công xong chỉ cần làm tan băng đổ nước ra và dùng khí nén thổi sạch nước còn sót lại trong tấm sandwich.

Các dụng cụ mỏng và dẹt rất khó kẹp lên máy công cụ. Có thể sử dụng phương pháp sau: Làm lạnh các tấm kẹp phẳng bằng chất tải lạnh hoặc môi chất lạnh sôi xuống -30oC sau đó nhúng dụng cụ vào nước và đặt lên tấm kẹp phẳng. Nước đóng lại và cố định dụng cụ vào tấm kẹp một cách rất chắc chắn. Có thể áp dụng phương pháp này cả đối với các dụng cụ phi kim loại.

Điện cực của máy hàn điểm thường được làm mát bằng nước hoặc chất tải lạnh glycol. Nước hoặc glycol được bơm vào trong điện cực rỗng. Tuổi thọ của điện cực có thể tăng lên gấp ba lần nếu được làm lạnh bằng CO2 lỏng. Để cấp lỏng cho điện cực phải sử dụng một bơm CO2 lỏng đặc biệt.

Trong việc xử lý bề mặt nhôm để tạo một lớp ôxit dày, chất điện phân phải có nhiệt độ từ 21 đến 26,5oC. Nhiệt toả ra do dòng điện phân trung bình khoảng 35 W/cm2 diện tích bề mặt liên tục phải được thải ra môi trường bên ngoài. Việc làm lạnh chất điện phân có chứa axit sunfuric được thực hiện nhờ các ống làm lạnh bằng chì. Nước lạnh tuần hoàn trong ống có nhiệt độ khoảng 5oC nhờ một máy lạnh.

Cả trong quá trình mạ kim loại, tuỳ theo từng loại chất điện phân mà nhiệt độ bề mặt phải giữ ở nhiệt độ không đổi từ 20 đến 60oC. Từ các bề mặt zyanid ví dụ như mạ đồng hoặc cadmi cần định kỳ loại bỏ cacbonat natri. Để loại bỏ cacbonat natri ngườ ta sử dụng phương pháp kết tinh chậm dung dịch ở nhiệt độ khoảng -4oC. Cần thiết phải kết tinh chậm để tinh thể hình thành có kích thước lớn, dễ loại bỏ khỏi dung dịch. Để làm lạnh các chất điện phân có tính ăn mòn cao người ta sử dụng nhiều loại vật liệu đặc biệt trong đó có ống chất dẻo flo.

Đối với việc đánh bóng kim loại bằng chất điện phân, người ta cố gắng đạt được bề mặt có độ phẳng cao và có khả năng phản chiếu lớn. Để tiến hành đánh bóng, người ta nhúng sản phẩm cần đánh bóng vào bên cạnh một điện cực trong bể chất điện phân và nối vào nguồn điện 1 chiều, trong đó sản phẩm cần đánh bóng là cực anốt. Các thử nghiệm cho thấy, nhiệt độ chất điện phân vào khoảng -30oC sẽ cho hiệu quả đánh bóng cao nhất. Nhiệt độ càng cao, hiệu quả đánh bóng càng phụ thuộc vào sự ổn định của điện thế. Do đó cần duy trì ổn định nhiệt độ chất điện phân ở nhiệt độ thấp là rất cần thiết. Tốc độ đánh bóng phụ thuộc không những nhiệt độ của bể mà còn phụ thuộc vào loại chất điện phân sử dụng. Chất điện phân trên cơ sở cồn mêtyl cho tốc độ đánh bóng cao nhất.

Khi hạ nhiệt độ đủ thấp, các chất dẻo đàn hồi bị hoá cứng và giòn, rất dễ bị vỡ vụn hoặc có thể gia công cơ khí. Sau khi hạ nhiệt độ xuống -190oC trong nitơ lỏng, nylông và polyêtylen có thể được nghiền mịn.

Các chi tiết ép bằng cao su hoặc bằng các chất dẻo thường thường có ba via. Dùng tay loại bỏ các ba via này rất khó khăn và mất nhiều công sức. Nếu đưa chúng qua CO2 lỏng sau đó đưa vào thùng quay hình tang trống hoặc máy mài tia thì các ba via được loại bỏ dễ dàng bằng phương pháp cơ khí.

Các vết cắt măng xông của săm xe ôtô, xe máy, xe đạp có thể được ghép chín tốt hơn nhiều nếu chổ tiếp giáp (chổ măng xông) được làm lạnh sơ bộ trước đó xuống -7oC. Việc làm lạnh tiến hành đơn giản bằng cách ép chúng lên bề mặt lạnh, ví dụ ép lên một bề mặt ống được làm lạnh từ bên trong môi chất lạnh hoặc chất tải lạnh.

Nếu nhúng gổ vào amôniắc lỏng thì sau 1520 phút gổ trở nên dẻo và có thể uốn nắn dễ dàng.

Sợi bông sẽ bóng như lụa nếu như sợi được nhúng vào dung dịch kiềm natri. Trong khi xử lý, sợi phải căng để chống lại xu hướng co rút của sợi. Khi xử lý độ bền kéo của sợi cũng tăng lên. Dung dịch kiềm phải được giữ ở nhiệt độ 5 đến 10oC. Sau khi xử lý sợi vẫn ở trạng thái căng, được nhúng nước nóng 60  80oC và sau đó được rửa sạch bằng nước.

Một phương pháp mới cho hiệu quả tương tự là nhúng sợi bông vào amôniắc lỏng sôi ở áp suất thường -33oC. Hơi amôniắc được thu hồi lại bằng máy nén lạnh.