模具熱處理分預備熱處理、最終熱處理、表面強化三大部分。

模具鍛造余熱形變熱處理新工藝是近幾年來發展起來的一項新技術。大部分模具終鍛溫度在850℃左右，最后一火鍛造成形后，不是緩冷，而是快冷淬火，然后再高溫回火或球化退火。這一舉措，不僅僅是節能，更重要是提高了模具的使用壽命。

在熱模具中存在的組織不均勻和尺寸敏感性的問題。這與模具的冷卻速度和截面大小有關。采用常規的高溫加熱緩冷和等溫退火工藝是難以消除的，而且還存在著退火周期長、氧化燒損大、模具壽命低等問題。快速勻細球化退火工藝，有效地解決了這一問題。快速勻細退火工藝是在遠高于傳統退火工藝的加熱溫度下，進行短時加熱均溫、速冷，以獲得殘留碳化物少、細，位錯密度高和不穩定的組織，然后再予以第二次的加熱和隨爐冷卻，即在突破等溫球化的等溫溫度和調質回火的溫度下，進行短時加熱、均溫，隨后在大于常規退火的冷速下冷卻到室溫，從而進行快速球化。

模具預備熱處理工藝在不斷地改革和發展。循環退火工藝、正火處理工藝、消除鏈狀碳化物的工藝、高溫雙重處理工藝、快速勻細退火工藝、以調質代替退火工藝、快速軟化退火工藝等，都在模具預備熱處理中發揮了重要作用。

模具最終熱處理有常規熱處理、低溫淬火、高溫淬火、真空熱處理等。淬火后的回火規范也是形式多樣。

低溫淬火是在比常規淬火加熱溫度低50～100℃或更低的溫度下淬火。高速鋼模具、高合金鋼模具低溫淬火工藝比較成熟，已成功應用；但低溫淬火工藝不適合在易磨損和鐓粗的模具上應用。

高溫淬火是在比常規淬火加熱溫度高30～80℃的熱處理工藝。3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo等熱作模具高溫淬火在某些領域獲得了重大成果，解決了不少產品壽命低的關鍵問題。

真空熱處理具有高質量、低能耗、無氧化、無污染等優點，在工模具熱處理中得到廣泛地運用。多年的實踐證明，采用高壓氣淬比真空油淬更具有優越性。

精湛的熱處理技術再加上合適的表面強化技術，將更能發揮材料潛能，提高模具壽命。表面強化技術分三方面：化學熱處理表面強化、表面沉積覆層強化及其他表面強化法。

化學熱處理表面強化有滲碳、滲硼、滲氮、碳氮共滲、滲金屬及多元共滲等；表面沉積覆層強化有化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、等離子氣相沉積（PCVD）及TD處理；其他表面強化方法有激光表面強化、離子注入表面淬火及火焰表面淬火等。