為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時，這種為穩定精密制件質量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩定鋼材組織和尺寸，尤為重要。
時效處理：指合金工件經固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持，其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并進行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發生的時效現象，稱為自然時效處理。時效處理的目的，消除工件的內應力，穩定組織和尺寸，改善機械性能等。
時效處理可分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發生形，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550～650℃進行去應力退火，它比自然時效節省時間，殘余應力去除較為。
金屬結構件在鑄造、焊接、鍛壓和機械切削加工過程中，由于熱脹冷縮和機械力造成的變形，在工件內部產生殘余應力，致使工件處于不穩定狀態，降低工件的尺寸穩定性和機械物理性能，使工件在成品后使用過程中因殘余應力的釋放而產生變形和失效。為消除殘余應力，傳統的工藝方法是采用自然時效和熱時效。
自然時效是將工件長時間露天放置（一般長達六個月至一年左右），利用環境溫度的不斷變化和時間效應使殘余應力釋放。
熱時效（TSR）工藝是目前廣泛采用的傳統機械加工方法，其原理是用爐窯將金屬結構件加熱到一定溫度，保溫后控制降溫，達到消除殘余應力的目的，可以保證加工精度和防止裂紋產生。
振動時效（VSR）工藝是一種可取代TSR和NSR的工藝，其原理是用振動消除殘余應力，可達到TSR工藝的同樣效果，并在許多性能指標上超過TSR。
將合金加熱至高溫單相區恒溫保持,使過剩相充分溶速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發生形，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550～650℃進行去應力退火，它比自然時效節省時間，殘余應力去除較為。
超聲波時效法用于對機械零件焊接修復部位進行消除殘余應力和強化處理。因此，超聲波時效法在機械制造業和維護過程中具有廣闊的應用前景。超聲波時效方法的特點：1.是目前最消除殘余應力的時效方法（各種時效方法消除殘余應力的情況如下：振動時效230-55%、熱時效40-80%、熱時效40-80%、超聲波時效80-99%。2.用于消除局部殘余應力，可替代熱處理和振動時效等方法，且處理工藝簡單，效果穩定可靠。3.不受工件材質、形狀、結構、鋼板厚度、重量、場地之限制，特別是在施工現場、焊接過程和焊接修復時用于消除焊接應力更顯靈活方便。 4.環保、節能、安全、無污染，施工現場使用更顯靈活方便。 5.在焊接過程匯總邊焊接超聲處理可明顯減少焊接變形。6.一般只適用于對焊接應力的消除
2、選用原則
根據合金本性和用途確定采用何種時效方法。高溫下工作的鋁合金適宜用人工時效，室溫下工作的鋁合金有些采用自然時效，有些必須人工時效。從合金強化相上來分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然時效，而需要在高溫下使用或為了提高合金的屈服強度時，就需要采用人工時效來強化。比如LY11和LY12，40度以下自然時效可以得到高的強度和耐蝕性，對于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6鉚釘用合金則需要人時效。含有主要強化相為MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工時效強化，才能達到它的強度。將淬火后的金屬工件置于室溫或較高溫度下保持適當時間，以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。
在機械生產中，為了穩定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然后才進行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬於金屬熱處理工藝。
20世紀初葉，德國工程師A.維爾姆研究硬鋁時發現，這種合金淬火后硬度不高，但在室溫下放置一段時間后，硬度便顯著上升，這種現象后來被稱為沉淀硬化。這一發現在工程界引起了極大興趣。隨后人們相繼發現了一些可以采用時效處理進行強化的鋁合金、銅合金和鐵基合金，開創了一條與一般鋼鐵淬火強化有本質差異的新的強化途徑——時效強化。絕大多數進行時效強化的合金，原始組織都是由一種固溶體和某些金屬化合物所組成。固溶體的溶解度隨溫度的上升而增大。在時效處理前進行淬火，就是為了在加熱時使盡量多的溶質溶入固溶體，隨后在快速冷卻中溶解度雖然下降，但過剩的溶質來不及從固溶體中分析出來，而形成過飽和固溶體。為達到這一目的而進行的淬火常稱為固溶熱處理。經過長期反復研究證實，時效強化的實質是從過飽和固溶體中析出許多非常細小的沉淀物顆粒(一般是金屬化合物，也可能是過飽和固溶體中的溶質原子在許多微小地區聚集)，形成一些體積很小的溶質原子富集區。在時效處理前進行固溶處理時，加熱溫度必須嚴格控制，以便使溶質原子能限度地固溶到固溶體中，同時又不致使合金發生熔化。許多鋁合金固溶處理加熱溫度容許的偏差只有5℃左右。進行人工時效處理，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，才能得到比較理想的強化效果。生產中有時采用分段時效，即先在室溫或比室溫稍高的溫度下保溫一段時間，然后在更高的溫度下再保溫一段時間。這樣作有時會得到較好的效果。馬氏體時效鋼淬火時會發生組織轉變，形成馬氏體。馬氏體就是一種過飽和固溶體。這種鋼也可采用時效處理進行強化。 低碳鋼冷態塑性變形后在室溫下長期放置，強度提高，塑性降低，這種現象稱為機械時效。
LY12CZ---十二號硬鋁/淬火（自然時效）、LY12--十二號硬鋁、C—淬火、Z—自然時效、碳鋼的熱處理符號：D--氮化、Y--油淬
根據合金本性和用途確定采用何種時效方法。高溫下工作的鋁合金適宜用人工時效，室溫下工作的鋁合金有些采用自然時效，有些必須人工時效。
從合金強化相上來分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然時效，而需要在高溫下使用或為了提高合金的屈服強度時，就需要采用人工時效來強化。比如LY11和LY12，40度以下自然時效可以得到高的強度和耐蝕性，對于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6鉚釘用合金則需要人時效。含有主要強化相為MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工時效強化，才能達到它的強度。
對于一般鋁合金，自然時效時，屈服強度稍低而耐蝕性較好，采用人時效時，合金屈服強度較高而伸長率和耐蝕性都降低。對于鋁－鋅－鎂－銅系合金入LC4則相反，當采用人工時效時，合金耐蝕性比自然時效好。
人工時效就是人為的方法，一般是加熱或是冰冷處理消除或減小淬火后鋼內的微觀應力、機械加工殘余應力，防止變形及開裂。穩定組織以穩定零件形狀及尺寸。也叫穩定處理或穩定回火。其方法是：將鋼件加熱到120-150攝氏度，或更低的溫度（80-120度）長時間保溫后（5-20小時）隨爐或取出在空氣中冷卻。
時效溫度一般均比低溫回火要低或更低，保溫時間要長或更長；與冰冷處理相比，效果雖不如冰冷處理，但操作簡便、無需專門的冷處理設備、成本低、一般工廠均可進行；適用于處理各種量具、卡規、卡尺、樣板等和與此類似要求的精密機械上的零件，低溫時效在半精加工后、精加工前進行。
選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學成分和力學性能各不相同，因此制造工藝路線不同；同樣，不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點。
一、塑料模具的制造工藝路線
1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具
例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
2.高合金滲碳鋼制模具
例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
3.調質鋼制模具
例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。
4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具
例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
5.預硬鋼制模具
例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對于直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對于要改鍛成坯料后再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。
（一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點
1.對于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，要選用滲碳鋼來制造，并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當壓制含硬質填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時滲碳層厚度為0.8～1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900～920℃，復雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10h，具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。
4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同，滲碳后可分別采用：重新加熱淬火；分級滲碳后直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲后直接淬火（如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）；滲碳后空冷淬火（如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具）。
（二）淬硬鋼塑料模的熱處理
1.形狀比較復雜的模具，在粗加工以后即進行熱處理，然后進行精加工，才能保證熱處理時變形最小，對于精密模具，變形應小于0.05%。
2.塑料模型腔表面要求十分嚴格，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱，應在模腔面上涂保護劑，同時要控制加熱速度，冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳，也可采用預冷淬火的方式。
3.淬火后應及時回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時間應充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。
（三）預硬鋼塑料模的熱處理
1.預硬鋼是以預硬態供貨的，一般不需熱處理，但有時需進行改鍛，改鍛后的模坯必須進行熱處理。
2.預硬鋼的預先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單，多數采用調質處理，調質后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿具的各種工作硬度要求。由于這類鋼淬透性良好，淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝，供參考。
表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼 號 加熱溫度/℃ 冷卻方式 回火溫度/℃ 預硬硬度HRC
3Cr2Mo 830～840 油冷或160～180℃硝鹽分級 580～650 28～36
5NiSCa 880～930 油冷 550～680 30～45
8Cr2MnWMoVS 860～900 油或空冷 550～620 42～48
P4410 830～860 油冷或硝鹽分級 550～650 35～41
SM1 830～850 油冷 620～660 36～42
（四）時效硬化鋼塑料模的熱處理
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首*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。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最后要求的力學性能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行，加熱時間分別可?。?min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度，鍛造后可直接進行固溶淬火。
3.時效處理在真空爐中進行，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化，爐內須通入保護氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間，否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規范可參照表3-28。
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規范
鋼 號 固溶處理工藝 時效處理工藝 時效硬度HRC
06Ni6CrMoVTiAl 800～850℃油冷 510～530℃×（6～8）h 43～48
PMS 800～850℃空冷 510～530℃×（3～5）h 41～43
25CrNi3MoAl 880℃水淬或空冷 520～540℃×（6～8）h 39～42
SM2 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 39～40
PCR 1050℃固溶空冷 460～480℃×4h 42～44
為了提高塑料模表面耐磨性和耐蝕性，常對其進行適當的表面處理。
1.塑料模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力，能長久保持金屬光澤，在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV，因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。
2.滲氮具有處理溫度低（一般為550～570℃），模具變形甚微和滲層硬度高（可達1000～1200HV）等優點，因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適于塑料模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等
4、注意事項
過時效效應
冷軋板為了保證其性能的穩定性，使其在保質期內不發生時效以造成鋼板的硬化，必須進行過時效處理，帶鋼在連續退火爐中的過時效段，首先發生的是時效效應，這使得經快冷后的鋼中的碳彌散的析出，這個過程使鋼板產生了時效硬化，隨著析出的碳化物的長大，鋼板的硬度達到了一個峰值，過峰值后，硬度開始下降，碳化物再次長大，帶鋼開始了過時效效應?？傊?，過時效就是使鋼中的碳化物在晶內均勻的析出分布，減少鋼中固溶的碳，降低成品鋼板的時效性。所以過時效的溫度對生產是十分重要的，溫度高，會使過時效處理后鋼中的鐵素體仍固溶大量的碳，過時效處理不佳，溫度低，會降低碳的活度，不容易擴散。
過時效后鋼板還會發生時效，只是時效性減弱，因為即使過時效處理后，冷卻到室溫后鐵素體基體中仍固溶了一部分碳氮，隨著時間的變化，仍會像平衡態轉變，慢慢析出，再有種可能就是發生應變時效，關于應變時效我就不詳細說了。另外為了減弱這些碳氮的作用，帶鋼退火后還必須經過平整處理，消除鋼板的上下屈服點，減少鋼板在沖壓的過程中產生滑移線或者拉伸應變痕，但是上下屈服點過一段時間后仍會再次出現，所以冷軋板就有一定的保質期，一般6個月，所以使用單位買了冷軋板，要經快使用，不能放置很長時間。
基本理論是這樣的：為了進一步降低固溶碳, 采用一次快冷到低于過時效溫度, 然后再加熱到過時效溫度并實行傾斜過時效處理的所謂“R-OA ”工藝?？炖涞哪康木褪菍⒏邷叵妈F素體晶格中溶解的高濃度的碳, 保持到較低的溫度(250 ℃左右) , 使鐵素體晶格產生嚴重的畸變, 從而有利于Fe3C 在鐵素體晶格內部形核。Fe3C 形核之后的長大主要取決于熱擴散過程, 顯然溫度越高擴散系數越大, 過時效時間就可縮短, 所以快冷到250 ℃左右之后, 又要加熱到400 ℃左右的過時效溫度, 以利于過飽和固溶體中的碳盡快析出。但是為降低固溶碳過時效溫度也不能固定在400 ℃, 因為隨著時效過程的進行, 在400 ℃溫度條件下, 鐵素體內碳的過飽和度越來越小, 最后接近其平衡濃度, 即接近Fe2 Fe3C 相圖PQ 線。如果緩慢降低過時效溫度, 即傾斜過時效的話, 碳的平衡濃度將隨著溫度的降低沿PQ 線而降低, 有利于固溶碳的進一步析出,使最后殘余的固溶碳含量降低, 這一方面可以降低固溶硬化, 更主要的是減小了固溶碳對可動位錯的或者釘扎, 使材料的抗時效性能、沖壓性能(如制作D I 罐) 顯著提高?？梢詮腇E-C的C曲線去理解。
