Proces obróbki kriogenicznej wykorzystuje bardzo niskie lub kriogeniczne temperatury do obróbki i wzmacniania metali. Jest zwykle używany do normalizacji lub wyeliminowania naprężeń szczątkowych w metalowym elemencie, który został spawany lub poddany obróbce cieplnej. Temperatury stosowane w obróbce kriogenicznej zwykle przekraczają 310° poniżej zera Fahrenheita (około -190° Celsjusza). Obróbka metalu w tych ekstremalnych temperaturach na ogół daje obrabiany przedmiot, który jest trwalszy, mniej podatny na pękanie i łatwiejszy do obróbki w gotową część. Obróbka kriogeniczna jest stosowana w wielu gałęziach przemysłu, ale najczęściej jest stosowana w produkcji części samochodowych, odlewów i wielu rodzajów narzędzi skrawających.
Kiedy metalowa część jest spawana, ciepło powoduje rozszerzanie się metalu w obszarze wokół spoiny. Gdy część stygnie, kurczy się nierównomiernie, pozostawiając naprężenia szczątkowe i potencjalne słabe punkty. To samo dotyczy obróbki cieplnej i innych procesów, które wywołują wysokie temperatury w metalu. Ekstremalnie niskie temperatury stosowane w obróbce kriogenicznej łagodzą te naprężenia i eliminują słabe punkty w części poprzez promowanie równomiernego skurczu i zmianę ziarna stopu. Powszechne praktyki obróbki kriogenicznej obejmują gratowanie kriogeniczne i utwardzanie kriogeniczne.
Gratowanie to proces usuwania ostrych krawędzi spowodowanych obróbką skrawaniem lub nalotem, który gromadzi się podczas odlewania lub kucia części. W gratowaniu kriogenicznym przedmiot obrabiany jest zwykle chłodzony ciekłym azotem do temperatur kriogenicznych. Ekstremalne zimno powoduje, że zadziory i naloty stają się kruche, dzięki czemu można je łatwo usunąć przez śrutowanie lub bębnowanie. Ponieważ są one miękkie i trudne do obróbki w temperaturze pokojowej, części z tworzyw sztucznych i gumy są często również gratowane kriogenicznie.
Kiedy część metalowa jest poddawana obróbce cieplnej, struktura krystaliczna, zwana austenitem, jest przekształcana w ziarno o innym kształcie, zwane martenzytem. Ponieważ niektóre normy wymagają większej ilości martenzytu niż jest to zwykle wytwarzane przez obróbkę cieplną, transformacja jest często przedłużana przez utwardzanie kriogeniczne, które zwykle przeprowadza się w temperaturach -300°C i niższych. Ten rodzaj obróbki kriogenicznej powoduje szybką zmianę struktury stopu, co skutkuje wyższym odsetkiem martenzytu.
Przemysł muzyczny i elektroniczny również znalazł sposoby na poprawę jakości swoich produktów poprzez obróbkę kriogeniczną. Uważa się, że kriogeniczna obróbka instrumentu dętego, takiego jak trąbka lub saksofon, łagodzi naprężenia szczątkowe powstałe podczas produkcji, co skutkuje lepszą ogólną wibracją i lepszą intonacją. Mówi się, że nawet stalowe struny gitarowe i komponenty elektroniczne, takie jak kable i złącza stereo, wykazują lepszą wydajność po poddaniu się obróbce kriogenicznej.