模具热处理分预备热处理、最终热处理、表面强化三大部分。
模具锻造余热形变热处理新工艺是近几年来发展起来的一项新技术。大部分模具终锻温度在850℃左右，最后一火锻造成形后，不是缓冷，而是快冷淬火，然后再高温回火或球化退火。这一举措，不仅仅是节能，更重要是提高了模具的使用寿命。
在热模具中存在的组织不均匀和尺寸敏感性的问题。这与模具的冷却速度和截面大小有关。采用常规的高温加热缓冷和等温退火工艺是难以消除的，而且还存在着退火周期长、氧化烧损大、模具寿命低等问题。快速匀细球化退火工艺，有效地解决了这一问题。快速匀细退火工艺是在远高于传统退火工艺的加热温度下，进行短时加热均温、速冷，以获得残留碳化物少、细，位错密度高和不稳定的组织，然后再予以第二次的加热和随炉冷却，即在突破等温球化的等温温度和调质回火的温度下，进行短时加热、均温，随后在大于常规退火的冷速下冷却到室温，从而进行快速球化。
模具预备热处理工艺在不断地改革和发展。循环退火工艺、正火处理工艺、消除链状碳化物的工艺、高温双重处理工艺、快速匀细退火工艺、以调质代替退火工艺、快速软化退火工艺等，都在模具预备热处理中发挥了重要作用。
模具最终热处理有常规热处理、低温淬火、高温淬火、真空热处理等。淬火后的回火规范也是形式多样。
低温淬火是在比常规淬火加热温度低50～100℃或更低的温度下淬火。高速钢模具、高合金钢模具低温淬火工艺比较成熟，已成功应用；但低温淬火工艺不适合在易磨损和镦粗的模具上应用。
高温淬火是在比常规淬火加热温度高30～80℃的热处理工艺。3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具高温淬火在某些领域获得了重大成果，解决了不少产品寿命低的关键问题。
真空热处理具有高质量、低能耗、无氧化、无污染等优点，在工模具热处理中得到广泛地运用。多年的实践证明，采用高压气淬比真空油淬更具有优越性。
精湛的热处理技术再加上合适的表面强化技术，将更能发挥材料潜能，提高模具寿命。表面强化技术分三方面：化学热处理表面强化、表面沉积覆层强化及其他表面强化法。
化学热处理表面强化有渗碳、渗硼、渗氮、碳氮共渗、渗金属及多元共渗等；表面沉积覆层强化有化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、等离子气相沉积（PCVD）及TD处理；其他表面强化方法有激光表面强化、离子注入表面淬火及火焰表面淬火等。

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