主要介紹真空熱處理、深冷處理、高溫與降溫淬火、化學熱處理、金屬滲、氣相沉積與高能束熱處理等新型熱處理工藝技術及其應用情況。

模具鋼經真空熱處理后有主表面狀態且變形小。與大氣下的淬火比較，真空油淬后模具表面硬化比較均勻，而且略高一些，主要原因是真空加熱時，模具鋼表面呈活性狀態，不脫碳，不產生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱，鋼的表面有脫氣效果，因而具有較高的力學性能，爐內真空度越高，抗彎強度越高。真空淬火后，鋼的斷裂韌性有所提高，模具壽命比常規工藝普遍提高40%～400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技術已得到較廣泛的使用。

由于模具對表面質量和畸變的高要求，真空高壓氣淬已幾乎成為模具熱處理不可替代的技術。目前在華南和華東沿海，稍具規模的民營熱處理加工企業都擁有至少一臺0.4MPa（最多的有6臺）的真空加熱高壓氣淬爐。在切削刀具行業，數控和加工中心的廣泛應用，強烈要求刀具具有高的質量和長的壽命，同時城市的環保也對熱處理提出更嚴格要求，真空加熱高壓氣淬也因此成為高速鋼刀具熱處理替代鹽浴加熱淬火的首先工藝。

模具鋼經深冷處理（-196℃），可以提高其力學性能，一些模具經深冷處理后顯著提高了使用壽命。模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進行，也可在淬火回火之后進行深冷處理。如果在淬火、回火后鋼中仍保留有殘余奧氏體，則在深冷處理后仍需要再進行一次回火。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩定性。深冷處理不僅用于冷作模具，也可用于熱作模具和硬質合金。深冷處理技術已越來越受到模具熱處理工作者的關注，已開發出專用深冷處理設備。

一些熱作模具鋼，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常規淬火溫度加熱淬火，可以減少鋼中碳化物的數量、改善其形態和分布，使固溶于奧氏體中碳的分布均勻化，淬火后可以鋼中獲得更多的板條馬氏體，提高其斷裂韌性和冷熱疲勞抗力，從而延長模具使用壽命。例如3Cr2W8V鋼制的一種熱擠壓模具，常規淬火溫度為1080℃～1120℃，回火溫度為560℃～580℃。當淬火溫度提高至1200℃，回火溫度為680℃（2次），模具壽命提高了數倍。

W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速鋼和Cr12MoV等高合金冷作模具鋼，可適當降低其淬火溫度，以改善其塑韌性，減少脆性開裂傾向，從而提高模具壽命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火溫度可選用1140℃～1160℃。

化學熱處理包括滲碳、滲氮、滲硼、多元共滲等。按處理方法可分為氣體法、固體法、鹽浴法。選用不同的滲劑和工藝參數就形成氣體滲碳、固體滲碳和鹽浴滲碳等。氣體法是將工件置于爐中加熱，通入反應氣體，在高溫下使活化的氣體原子滲入工件表面。氣體法較為簡單，但是處理時間一般較長。固體法是將粉狀的固體滲劑與工件埋裝在箱中，放入爐中加熱，其優點是簡便易行，其缺點是滲層質量不夠穩定，開箱時空氣污染較大。鹽浴法是將固體滲劑加熱到熔融狀態，將工件置于鹽浴內加熱，一般滲層質量較好，適用于滲硼。鹽浴共滲和鹽浴滲氮需采用含氰的鹽或反應中出現氰化物，這都屬于劇毒品，應慎重選用。經鹽浴處理的工件要仔細清洗，鹽浴液有毒時，其清洗的廢水也有劇毒，所以應用很少。化學熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。研究工作表明，高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時，應盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時間，此時可保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）鋼制模具進行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后，模具的壽命均有顯著提高。采用500℃～650℃高溫回火的合金鋼模具，均可在低于回火溫度的范圍內或在回火的同時進行表面滲氮或碳氮共滲。

滲氮工藝目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時間，并可獲得高質量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性。

碳氮共滲可在氣體介質或液體介質中進行，滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經碳氮共滲后可顯著提高其熱疲勞性能。碳氮共滲對冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模、拉深模等均有很好的應用效果。

冷作模具和熱作模具還可以進行硫氮或硫氮碳共滲。近年許多研究工作都表明稀土有明顯的催滲效果，從而發展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。

以滲氮為主的氣體碳氮共滲具有處理溫度低、表面性能好的優點，在各種冷沖模、壓鑄模等模具中應用廣泛。

滲硼可以是固體滲硼、液體滲硼和膏劑滲硼等，應用最多的是固體滲硼，市場上已有固體滲硼劑供應。固體滲硼后，表層的硬度高達1400HV～2800HV，耐磨性高，耐蝕性和抗氧化性都較好。

滲硼工藝常用于各種冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具壽命可提高數倍或十幾倍。采用中碳鋼滲硼有時可取代高合金鋼制模具。滲硼也可應用于熱作模具，如熱擠壓模等。

滲硼層較脆，擴散層比較薄，對滲層的支撐力弱，為此，可采用硼氮共滲或硼碳氮共滲以加強過渡區，使其硬度變化平緩。為改善滲硼層脆性，可采用硼釩、硼鋁共滲。

滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈦等工藝，均可用于處理冷作和熱作模具，其中TD法（熔鹽滲金屬）已得到一些應用，可使模具壽命提高幾倍乃至十幾倍。

滲硼工藝中采用固體（粉末）滲硼和鹽浴滲硼最多，滲硼可得到效果顯著的硬化層，適于冷沖模、壓鑄模和熱鍛模，在模具行業中采用滲硼進行表面強化的報道最多。

多元共滲是使模具具有多種滲層的性能，常見的有硼硫共滲、碳硼共滲、碳氮硼共滲、硫氮共滲、硫氮碳共滲等。多元共滲可分為一次法和多次法。一次法是將多種滲劑共同作用，同時完成幾種元素的共滲。多次法是將各種工藝分先后進行，如硼硫共滲是先對工件做粉末滲硼處理，再對工件進行液體滲硫處理，這種方法也稱為復合共滲處理。

氣相沉積按形成的基本原理，分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。

PVD分為真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍。離子鍍是蒸鍍和濺射鍍相結合的技術，離子鍍膜具有粘著力強、均鍍能力好、被鍍基體材料和鍍層材料可以廣泛搭配等優點，因而獲得較廣泛的應用。近年來多弧離子鍍受到人們的重視。目前在模具上應用較多的是離子鍍TiN，這種膜不僅硬度高而且膜的韌性好、結合力強、耐高溫。在TiN基礎上發展起來的多元膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能優于TiN，是一類更有前途的新型薄膜。

CVD是用化學方法使反應氣體的基礎材料表面發生化學反應形成覆蓋層（TiC、TiN）的方法。CVD有多種方法，通常，CVD的反應溫度在900℃以上，覆層硬度達到HV2000以上，但高的溫度容易使工件變形，沉積層界面易發生反應。發展趨勢是降低溫度，開發產析的涂層成分。例如金屬有機化合物CVD（MOCVD）、激光CVD（LCVD）、等離子CVD（PCVD）等。

高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束、離子束等，它們共同的特征是：供給材料表面功率密度至少10³W/cm²,它們的共同特點是：加熱速度快，加熱面積可根據需要選擇，工件變形小，不需要冷卻介質，處理環境清潔，可控性好，便宜于實現自動化處理。國內外對高能束熱處理的原理、工藝等均投入較多的研究，并在提高模具壽命方面獲得了應用，比較成熟的是激光相變硬化、小尺寸電子束處理和中等功率的離子注入。