模具熱處理后變形是模具熱處理的三大難題之一(變形、開裂、淬硬)。預硬型塑料模具鋼解決了模具熱處理變形問題，但模具要求硬度高又給模具加工造成困難。熔化既保持模具的加工精度，又使模具具有較高硬度，對于復雜、精密、長壽命的塑料模具，是模具材料面臨的一個重要難題。為此發展了一系列的時效硬化型塑料模具鋼。模具零件在淬火（固溶）后變軟（硬度約為28~34HRC），便于切削加工成形，然后再進行時效硬化，獲得所需的綜合力學性能。

時效硬化型塑料模具鋼有馬氏體時效硬化鋼和析出（沉淀）硬化鋼兩大類。馬氏體時效鋼有高的屈強比、良好的切削加工性和焊接性能，熱處理工藝簡單等優點。典型的高合金馬氏體時效硬化鋼有18Ni（200）（00Ni18Co8Mo3TiAl）鋼、18Ni（250）（00Ni18Co8Mo5TiAl）鋼、18Ni（300）（00Ni18Co9Mo5TiAl）鋼、18Ni（350）（00Ni18Co13Mo4TiAl）鋼等，固溶以后形成超低碳馬氏體，硬度約為30~32HRC；時效處理以后，由于各種類型的金屬間化合物的脫、析出，得到時效硬化，硬度可上升到50HRC以上。這類鋼在高強度、高韌性的條件下仍具有良好的塑性、韌性和高的斷裂韌度。

為了降低材料費用，近年來開發了一類低鈷、無鈷、低鎳的馬氏體時效鋼，其代表鋼種如06Ni（06Ni6CrMoVTiAl）鋼、AFC-77（1Cr14Co13Mo5V）鋼；另一類為低合金時效硬化鋼，代表鋼號如我國自行開發的25CrNi3MoAl鋼，PMS（1Ni3MnMoCuAl）鋼、PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)鋼、SM2（20CrNi3AlMnMo）鋼等，另外還有美國的P2(20CrNi4AlV)鋼，日本大同特殊鋼公司的NAK80、NAK55（15Ni3MnMoAlCuS）鋼等，這類鋼經固溶處理后，硬度為30HRC左右，時效處理后，由于金屬間化合Ni3Al析出而強化，硬度可以上升到38~42HRC。如再進行滲氮處理，可以使模具表面硬度達到110HV左右。