冷作模具只有通過合適的熱處理工藝才能達到使用性能要求。冷作模具常用的基本熱處理工序包括正火、退火、調質、淬火、回火、滲碳、氮化等。

(1)正火消除或改善模具毛坯料的各種組織缺陷，獲得最利于切削加工的組織與硬度，改善組織，細化晶粒，為后續熱處理作好組織準備。

(2)退火冷作模具鋼常用的退火工藝主要有以下三種：完全退火、球化退火、去應力退火。

(3)調質對于形狀復雜、尺寸精度要求高的模具，以及模具表面需要進行強化處理（氮化）的模具，調質應安排在粗加工之后精加工之前，以減小模具淬火變形和降低精加工的表面粗糙度值。

(4)淬火使模具獲得所需的使用性能。淬火是模具制造過程中很重要的一個工序。

(5)回火冷作模具淬火后都應盡快進行回火，以免在淬火應力的作用下造成開裂的危險。

(6)滲碳在模具制造中滲碳常用于導柱、導套等零件。

(7)氮化常用于工作載荷不大，但要求高耐磨、抗耐蝕的冷成形凹模、奧氏體不銹鋼用拉伸模具等。

(8)冷處理適宜于精密、復雜的冷作模具或高合金鋼制造的模具。冷處理后馬氏體轉變量增多，鋼的硬度增加，但模具的尺寸也略有增大。