热处理是非常重要的技术，它改变了钢的微观组织结构，因而影响工具钢的力学性能。热处理总体是由升温、保温和降温三个过程构成，具体到每个阶段还有一些工艺细节，比如升温，如何升温？如何降温等都成为热处理的关键，也决定着的热处理的结果。

　　加热至硬化温度

　　正如所言，材料中包含的应力在热处理期间会使其产生变形。为此，应避免加热期间产生热应力。因此，加热至硬化温度的基本规则是：升温过程一定要缓慢进行，每分钟仅增加几度。在热处理中，升温过程被称为斜坡(ramping)。

　　在硬化过程中，斜坡应该在不同步骤中进行，在中间温度下停止该过程，通常称为预热步骤。其原因是使部件的表面和中心之间的温度相等。通常选择的预热温度为600-650℃（1100-1200�F）和800-850℃（1450-1560�F）。在钢的热处理过程中升温，保温和降温是技术中最为关键的环节。 

　　在处理具有复杂几何形状的大型工具的情况下，推荐应用第三步预热，在接近完全奥氏体区域。

　　在硬化温度保温时间

　　很难针对所有的情况给出确切的建议。在每种情况下必须考虑诸如加热炉的类型、硬化温度与加热炉的尺寸有关的炉料重量，炉料中不同部件的几何形状等因素。热电偶的使用几乎可以涵盖加热炉中不同工具不同区域的温度。

　　当炉子中的部件的芯部达到预定温度时，斜坡步骤结束。然后将温度保持恒定一定量的时间，这称为保温时间。

　　一般建议保温时间为30分钟。在高速钢的情况下，当硬化温度高于1100℃（2000�F）时，保温时间将较短。如果保温时间延长，则可能出现类似晶粒生长等微观组织结构问题。

　　淬火

　　通常应该在快速和慢速淬火速率之间的选择折衷方案。为了获得最佳的微观组织结构和工具性能，淬火速率应该是快速的。为了使畸变最小化，建议使用较慢的淬火速率。

　　缓慢淬火导致部件的表面和芯之间的较小温度差，并且不同厚度的部分将具有更均匀的冷却速率。在低于Ms温度的马氏体范围内淬火时，这是非常重要的。

　　马氏体形成导致材料中的体积和应力增加。这也是为什么在达到室温之前应该中断淬火的原因，通常在50-70℃。然而，如果淬火速率太慢，特别是对于较重的横截面，则可能发生微结构中的不期望的变形，从而存在工具性能差的风险。

　　如今，用于合金钢的淬火介质有：硬化油、聚合物溶液、空气和惰性气体。空气硬化保留用于具有高淬透性的钢，这在大多数情况下主要归因于锰、铬和钼的组合存在于钢中。通过阶梯淬火或者分级淬火可以减少变形和硬化裂纹的风险。在该方法中，材料在两个步骤中淬火。首先，将其从硬化温度冷却直到表面的温度刚好高于Ms温度。然后必须保温在那里直到表面和芯之间的温度均衡。此后，冷却过程继续。这种方法允许芯和表面几乎同时转变成马氏体并减少热应力。当在真空炉中淬火时，阶梯淬火也是可能的。

　　在一个部件中可以获得的最大冷却速率取决于钢的热导率，淬火介质的冷却能力和部件的横截面积。 

　　不良的淬火速率将导致在部件芯部的晶粒边界处的碳化物沉淀，并且这对钢的机械性能非常不利的。此外，对于具有较大横截面的工具，较大部件的表面处所获得的硬度可以比较小部件的更低，因为从芯部传递至表面的大量热量会产生自回火效应。 

　　一些实际问题

　　在高温下，钢很可能遭受氧化和碳含量的变化（渗碳或脱碳）。保护性气氛和真空技术是解决这些问题的答案。脱碳导致低的表面硬度低并增加了开裂的风险。另一方面，渗碳可能导致两个不同的问题：

　　•首先也是最容易识别的是形成较硬的表面层，这可能产生负面影响。 

　　•其次可能的问题是表面残留奥氏体。在许多情况下，当采用光学显微镜观察时，残留奥氏体可能与铁素体混淆。

　　这两个相还具有相似的硬度。因此，一开始可以确定为脱碳可能在一些情况下是完全相反的问题。由于这些原因，使热处理的气氛不影响部件的碳含量是非常关键的。

　　加热时采用密封不锈钢箔包裹在马弗炉中可以提供一些保护。淬火前应取出钢箔。

　　真空技术

　　真空技术是当今应用于高合金钢硬化的最常用的技术。真空热处理是一个干净的过程，因此部件不需要在热处理后进行清洗。它还能提供可靠的过程控制，具有较高自动化、低维护和环境友好性。所有的这些因素都使真空技术对高品质零件特别有吸引力。

 

　　真空炉不同步骤的功能列出如下：

　　•在充电操作后炉子关闭时，空气从加热室中泵出，以避免氧化。

　　•将惰性气体（最常见的是氮气）注入加热室，直到达到约1-1.5Pa的压力。

　　•加热系统启动。惰性气体的存在将使得通过对流机制的热传递过程成为可能。这是将炉加热到大约850℃的最有效的方式。

　　•当炉子达到约850℃的温度时。辐射加热机制的影响将超过传热过程中对流的影响。因此，氮压力降低，以便优化辐射的影响，并且在这些新的物理条件下对流加热机制是可忽略的。氮气压力的新值约为7mbar。具有该剩余压力的原因是为了避免合金元素的升华，即避免合金元素损失到真空。这种低压条件在加热过程的最后部分，并且在所选硬化温度下的保温期间保持不变。

　　•冷却将通过大量注入惰性气体（最常见的是氮气）进入加热室，变换方向，达到以前在炉子编程时选择的过压。最大超压是每个炉的标称特性。