渗氮
高速钢、基体钢、热模具钢和高碳高铬钢中都含有大量形成氮化物的合金元素，渗氮层的表面硬度高达1000HV以上，大幅度提高了耐磨性，并降低了摩擦系数。渗氮处理已广泛应用于刀具、冷作模具和热作模具的热处理。
（1）刀具渗氮
高速钢刀具和以高速钢为基的钢结硬质合金刀具都可以在磨刃之后进行渗氮处理。高速钢中含有大量的Cr、V、W、Mo等形成氮化物元素，渗氮后表面硬度很高，但渗氮层的脆性很大，如果处理不当，易崩刃。所以高速钢渗氮应采用短时渗氮和低氮势。一般在560℃渗氮，时间为20～60min，氨分解率在70%～90%范围内调节。高速钢刀具渗氮不允许出现化合物层，扩散层的总深度控制在0.01～0.03mm之间，对于刃口较厚的连续切削的刀具可取上限，刃口较薄的刀具应取下限。刀具在使用过程中经过重复磨刃之后，只要前刃面或后刃面之一保留着渗氮层，仍然可以收到提高切削寿命的效果。
（2）冷作模具渗氮
冷挤压凸模、冷镦凸模和冷锻模常用高速钢或基体钢制造，渗氮温度恰好在高速钢和基体钢的回火温度范围内。在淬火回火并加工至最终形状之后进行短时渗氮，渗层深度只需略大于允许的磨损量，就可以大幅度提高模具寿命。基体钢或低碳高速钢克服了普通高速钢易开裂、易崩刃的缺点，但耐磨性不如高速钢。经过短时渗氮后三者的耐磨性则达到同样水平。所以用基体钢或低碳高速钢制造冷挤压模高速钢问世已愈百年，无论就其成分、组织、性能之间的复杂关系，还是冶炼、浇注、塑性成形和热处理等整个制造流程的复杂性而言，高速钢可视为最复杂的钢种之一。长期以来，人们对高速钢热处理进行了大量的基础研究和应用研究，丰富了热处理工艺学的内容，即使直接从事高速钢刀具制造的热处理工作者，也可以从中得到有益的启示。
在金属切削加工过程中，要求刀具刃口在高达600℃左右的温度下仍保持高硬度，这种性能称为红硬性。高速工具钢是常用的工具材料之一，为了提高某红硬性，加入大量的W、Mo、Cr、V等合金元素，属高碳高合金莱氏体工具钢，其热处理有如下特点：
1）高速钢中莱氏体碳化物的形貌在热处理过程中不会改变，需要事先用热塑性成形的方法将莱氏体碳化物破碎成颗粒状并改善碳化物不均匀性。
2）为了改善高速钢本身的切削加工性，需要采用比较复杂的和严格的退火工艺，并且针对不同的情况有多种不同的退火方法。
3）高速钢中存在大量碳化物，强烈地阻碍加热时奥氏体晶粒的长大，直至接近开始熔化的温度仍能保持细小的奥氏体晶粒。也唯有在足够高的温度下加热，使碳化物溶解，提高奥氏体合金元素和碳的含量，才能起到提高红硬性的作用，而韧性则随着淬火温度的升高而下降。淬火加热温度对高速钢性能的影响十分敏感，对不同的刀具，应根据其使用状况选择合适的加热温度，并加以严格控制。
4）高速钢有很高的淬透性，而且一般刀具截面并不大，所以可以选择比较缓慢的淬火冷却方法，以求减小热处理畸变。
5）高速钢通常应在出现“二次硬化”的温度下进行多次回火。
高速钢退火工艺
冶金厂生产高速钢过程中常用的退火处理包括钢锭退火、锻造或轧制热变形及冷拉变形后的中间退火和成品材（丝）退火等，前两种的目的是消除应力防止冷裂、降低硬度、方便修磨表面缺陷及改善塑性等；成品材（丝）退火则是为保证产品出厂交货硬度和为产品进行最终热处理做好组织准备。
在工具制造部门，对高速钢的退火处理也有相同之处，如改锻、镦拔热变形后及热拉、冷拉之后，使用的退火方式（完全退火、等温退火、软化退火）及工艺要求与钢材生产工艺中的退火完全相同。
在工具行业中，退火处理也有一些不同的做法。例如，为了改善热轧钻头的所谓“高频热塑性”，常用的方法是将冲断切下的钻头坯料集中进行高温退火处理，加热温度达950℃。再如，对于淬火不足、回火又不合格的产品，也须经重结晶退火处理，再行淬火予以挽救。另外，为了改善切削加工，尤其是齿轮刀具的切削加工后的表面粗糙度（要求Ra≤2.5 μm），则要对粗加工后的工件在精切削前改造其退火索氏体，细小碳化物颗粒。这种处理实质上是再一次进行重结晶退火，其目的不是降低硬度，而是细化索氏体中的碳化物，硬度略有提高。常用的方法有两大类：一是采用低温淬火的调质处理；二是等温处理，工厂又称“毛淬火”。“调质”一词借用了对结构钢的热处理工艺名词，但高速钢的调质与其有着完全不同的目的。通过重新加热到超过Ac1的温度，使原来退火索氏体中的碳化物的粒度，并改善其均匀性，所得组织是否有利于加工，可通过硬度测定和切削试验来确定。根据国内多数工厂的经验，硬度应控制的范围[1]为：W6Mo5Cr4V2钢：38～42HRC；W18Cr4V钢：33～39HRC。常用的回火温度为680～700℃，调节回火温度和回火时间，使硬度达到上述范围，以改善切削加工性能。
等温处理法通常在车间的系列盐浴炉组中进行，可采用直接等温分解以节省时间，提高生产效率。工件在炉子之间的移动与分级（等温）淬火相似，故称为“毛淬火”。等温处理的温度应选在TTT曲线（900℃奥氏体化）“鼻子”附近，使过冷奥氏体尽快分解，又要满足等温分解产物硬度的要求。
高速钢淬火工艺
淬火处理是影响高速钢制品使用性能最敏感的工序，也是工艺控制难度最大的工艺。一般分为预热、加热和冷却3部分。预热是为了避免内应力过大而发生变形的开裂，并可缩短高温停留时间。加热则包括升温、透烧及保温3个过程，其目的是为了获得一定合金度的奥氏体，同时又保持细小的晶粒。冷却则一方面要将高合金奥氏体过冷到600℃以下，保证转变成马氏体或下贝氏体，另一方面又要不使工件截面温差过大而引起变形的开裂。因此，在600℃以上时的冷却速度必须达到能够最大限度地抑制二次碳化物的析出。在600℃以下，尤其在Ms点以下（150～200℃），则要缓慢冷却，或者促使奥氏体等温分解成贝氏体。冷却的方式主要有分级淬火、等温淬火及油冷3种。其中第一次预热为空气介质炉（起烘干及低温预热作用），其余均在盐浴炉中进行。
淬火加热设备的主要优缺点
作为工具整体淬火加热的设备，现有盐（氯化盐系统）浴炉、保护气氛炉和真空炉3类，特殊情况下也用感应快速局部加热法。对调整钢工件淬火加热设备的基本要求是：无氧化、无脱碳；测温、控温、精度高；装料状态温度的均匀性好。
盐浴炉
内热式盐浴炉（组）虽然在某些方面并不能满足上述要求，但仍是目前使用较多的设备。其主要优点如下：
1）可以配制成系列工作温度的炉组，便于分级加热和冷却。
2）100%BaCl2溶炉用于1200～1300℃高温时，当采用了正确的脱氧和捞渣操作之后，具有足够的保护作用，微量的氧化和脱碳可在随后的磨削工序中去除，不影响工具的精度和表面硬度。
3）工件（装卡或捆扎）入炉后，悬置于溶槽中，因此出、入炉（上、下）和平移的动作，无论采用人工还是机械手，皆易于做到平稳，盐浴的浮力则可减轻工件自重的作用，有利于减小变形。另外，此种装炉方式还可对工件进行局部加热淬火，例如对麻花钻头的刃部和柄部分别淬火。
4）介质与工件间的热交换率比气体和真空炉大很多，加上内热式浴炉特有的电磁搅拌，即能提高加热速度，又可使浴槽内不同部位的工件温度均匀，加热速度保持一致。
盐浴炉（组）处理高速钢工具的基本特征是小批（大件为单件）装炉、分级加热，在淬火加热温度下短时停留。
盐浴炉（组）淬火的主要缺点是高温（1200～1300℃）测控困难、准确度差。由于炉温超出BaCl2盐熔点300℃左右，在工作温度下不可避免地会有大量盐蒸气逸出，对PtRe-Pt电偶丝有严重的腐蚀作用。所以从20世纪50年代开始至今，基本采用辐射高温计持续测温仪表监控，只用PtRe-Pt热电偶进行校正。前者反应灵敏，但精度低，必须用热电偶进行校正（每班次至少两次以上）。为避免盐蒸气对热电偶的强烈渗透和腐蚀，通常用双层套管，外层为钢管，内层则为Al2P3陶瓷管。 但这种结构的热电偶造成测温的滞后性，会影响炉温的校正精度。20世纪80年代出现了Al2O3基的金属陶瓷套管，耐急冷急热性好，可以直接插入浴槽中工作，使热电偶直接测温成为可行，但仍存在测温滞后现象。因此，盐浴炉处理的质量在很大程度上依赖于操作者的经验和技术水平。
盐浴炉处理的另一个缺点是环境污染问题。大量盐蒸气对车间及周围空气的污染严重，其中BaCl2的毒性最大。同时清洗工件后的污水排放也会造成水质的严重污染。
真空炉
真空加热淬火近20年来发展迅速，一定规模的专业工具厂都相继建立了真空车间，经真空加热处理的产品数量及品咱逐渐扩大。与盐浴炉相比，它有以下优点：
1）完全消除了加热过程中工件表面的氧化、脱碳，可获得无变质层的清洁表面。这时对那些在刃磨一面的刀具（如麻花钻磨削后使沟槽表面的脱碳层直接暴露于刃口）切削性能的改善关系极大。
2）对环境无污染，不需进行三废处理。
3）炉温测定、监控精度明显提高。热电偶的指示值与炉温温差达到±1.5℃。但炉内大批工件不同部位的温差较大，若采用稀薄气体强制循环，仍可控制在±5℃温差范围内。
4）机电一体化程度高。在温度测控精度提高的基础上，工件移动、气压调节、功率调节等均可预先编程设定，按步骤实施淬火和回火。尤其是现代高压和超高压气冷淬火单室式真空淬（回）火炉，可将大批工件从预热开始直接淬火、回火过程在炉中全部完成，中间不必移动工件。
5）能耗显著低于盐浴炉。现代先进的真空炉加热室采用优质隔热材料制成的隔热墙和屏障，可将电热能量高度集中于加热室内，节能效果显著。据文献[3]报道，真空炉的热效率（有效）达90%，而普通热处理炉仅为40%～50%，盐浴炉的热效率更低。此外，与盐浴炉、保护气氛炉相比，真空炉不消耗物质（盐、气及其他辅料）资源。
采用真空炉淬火的主要缺点是介质与工件的热交换效率不高，而且不易实现分级加热和高温短时间保温。为提高单台炉子的生产率，只能采用增加装炉量的办法。如一般生产应用的真空淬火炉，每炉进料工件重量为50～500kg，加上料筐的蓄热，故加热速度缓慢，均热时间长。
由于在环保、节能及淬火温度控制方面的明显优势，在国外，首先是一些重视环保的发达国家，近20年来，不断压缩盐浴的应用量，以真空炉代之，据有关报道指出，盐浴炉的处理量已不足总量的10%