在常用环模材料加工工艺中，常见的热处理方法有正火、调质、淬火、渗碳、渗氮。要针对不同的环模材料，综合考虑这些热处理方法的特点，进而安排于机加工工序之间。
正火是将环模加热到Ael或Acm30℃～50℃以上，保温一段时间(45分钟至90分钟)后，在空气中冷却。正火处理的冷却速度比退火处理的冷却速度快些，得到的组织要细一些，且生产效率也要高些。因此，常用正火处理来消除前一道工序所带来的各种组织或性能上的缺陷，消除内应力，为下一道工序作组织准备。在环模加工工艺中，正火处理一般安排在锻造之后或粗加工之前，也有安排在精车之前。经正火处理后的环模，切削性能有所改善，并能适当地改善加工后表面光洁度。
调质是将环模加热到A。3或Al30℃--50℃以上，保温一段时间(45分钟至90分钟)后，迅速冷却（淬油）后，再高温回火。调质的目的是获得较高的强度和韧性相配合的综合机械性能，特别是保持环模心部的综合机械性能。在环模加工工艺中，一般安排在精车，扩孔之前或粗加工之后；也可以安排在渗氮之前，为最终热处理准备良好的组织。对于中碳优质结构钢和合金结构钢，要注意淬火与高温回火的时间间隔不宜过长，否则，因环模的复杂结构而可能造成环模的热处理裂纹。
淬火是将环模加到Ac3或Ace以上30℃～50℃，保温一段时间(45分钟至90分钟)后，快速冷却。常用的冷却介质为水和油。在水中的冷却速度比在油中快些。如在水中加入0.15%～0.30%的聚乙烯醇，其冷却介于水和油之间，可得到较好的热处理组织。淬火一般安排在扩孔后或磨削加工之前，可作最终热处理工艺。
渗碳是向环模模孔表面和内环表面渗入碳原子，形成较高硬度、较严密的碳铁化合物组织，以提高模孔和内环表面的硬度，提高其耐磨性，从而提高环模的使用寿命。渗碳主要针对含碳量0.15%～0.25%的优质结构钢和低合金钢如20号钢、20Cr，20CrMnTi等。渗碳时间与渗碳层厚度有关，可根据经验测定。常见的环模渗碳方式为固体渗碳。其方法是将环模埋入装满木炭和助渗剂(Na2C03或BaC03)的渗碳箱内，加热至920℃～950℃（一般为930℃），保温一段时间，视渗碳层厚度要求而定，取出空冷或油冷、水冷。也有气体渗碳的，一般将环模竖着堆放入密封的井式渗碳炉中，通入渗碳气体或滴入含碳的液体，在930℃保温后，空冷或油冷、水冷。渗碳作最终热处理工艺。
渗氮一般作为环模的最后热处理工艺，其目的一方面是保证环模的心部性能，另一方面是在表面得到耐磨的、致密的氮铁化合物。渗氮常用于中碳优质结构钢和中碳合金结构钢如45号钢、40Cr、40CrMnMo等。渗氮后，渗氮表面硬度可达HRC65～72，有较高的耐蚀性，可增强对水及水蒸汽的腐蚀。但由于氮化时间较长，氮化成本较高，因而造成环模价格也略高些。常见渗氮有井式炉气体渗氮和辉光离子氮化。
为了控制环模热处理后的硬度均匀性，每个环模热处理后，在圆周方向三等分处的每个部位，取不少于3点测硬度平均值，其各部位的硬度值之差应不大于HRC4。另外，在加工制造环模时，应对环模毛坯的硬度加以控制，其硬度在HB170～220之间为宜，如果硬度过高，钻孔时钻头易断裂，并造成死孔，硬度过低则影响模孔的光洁度。为了控制毛坯内部材质的均匀性，有条件的话，应对每个毛坯进行内部探伤，防止毛坯内部有裂纹、气孔、夹砂等缺陷。
本文所设计的环模材料采用20CrMnTi，热处理后表面硬度为HRC55～58。具体加工和热处理的过程为：开料→锻造→正火→粗车→调质→精车→钻（扩）孔→渗碳→磨→（除氧化层）→试压→涂防锈油→检验入库。
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