為了減少或避免模具零件熱處理變形和提高模具零件的精度保持性（尺寸穩定性），形狀復雜、高精度、長壽命的塑料模具零件采用時效硬化鋼制造。時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步進行：首先對模坯進行固溶處理，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，完成奧氏體后淬火獲得馬氏體組織，此時硬度較低（硬度約為28～34HRC），便于機械加工。模具形形后進行時效處理，可獲得較高硬度。與通常進行的淬火處理相比較，這一強化過程引起的尺寸、形狀變化極小。固溶處理一般在鹽浴爐、箱式爐中進行，淬火采用油冷，淬透性好也可采用空冷，鍛造后一般可直接進行固溶淬火。
典型的鋼種有18Ni系列馬氏體時效硬化鋼，牌號為00Ni18Co8Mo3TiA1、00Ni18Co8Mo5Tial、00Ni18Co9Mo5TiAl、00Ni18Co12Mo4Ti2Al等，它是通過析出金屬間化合物而強化的，屈服強度可高達1400～3500MPa。這一類鋼由于含大量的Ni元素而價格昂貴，常被用來制造質量高、壽命長、綜合經濟效益高的模具。馬氏體時效鋼有高的強度和屈服比，良好的可加工性和焊接性，熱處理工藝簡單。
為保證模具零件表面質量，熱處理應在有保護氣氛內加熱。馬氏體時效硬化鋼用作塑料模具的工作零件，建議采用下列工藝：805～825℃固溶處理，350℃時效3～6h。
時效處理后的變形情況、尺寸變化是有規律的，18Ni鋼長度方向收縮約為0.04%～0.08%，在工藝設計時可預留變形量來適當控制。
18Ni系列鋼的時效強化效果很明顯。如18Ni(250)鋼在固溶狀態下，硬度為28HRC，經480℃時效3h，硬度可提高到43HRC，如果保溫時間延長到6h，硬度可達52HRC。
18Ni系列時效鋼還可以通過滲氮進一步強化。18Ni(300)鋼的氣體滲氮工藝：455℃±10℃，24～28h。
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