碳素工具鋼常用淬火加熱溫度一般在770-790℃之間，淬火介質多數采用水及水溶液。作為工具用的碳素工具鋼，要求回火后的硬度為HRC61-64；作為模具，要求回火后的硬度為HRC54-60。低溫淬火工藝是把正常的淬火加熱溫度壓低20-30℃，獲得體積分數為50%以上的板條馬氏體的淬火組織，孿晶馬氏體也較細，提高模具的韌度，但淬硬層太薄。低溫淬火工藝只有與碳化物超細化處理相結合，才可以顯著提高模具鋼的強韌性。對于尺寸較大的碳素工具鋼工模具，淬火加熱溫度可提高20-40℃，以增加淬硬層深度，然后配以分級或等溫淬火，以減少鍛件畸變和開裂傾向。
正常淬火組織為均勻分布的粒狀碳化物+隱針或細針馬氏休+殘留奧氏體。T7、T8鋼淬火組織中剩余碳化物很少，或者完全沒有，因此其耐磨性也較差。ZBJ 36003—1987《工具鋼熱處現金相檢驗標準》中第十二、第十三級別圖，把高碳鋼淬火馬氏體依其針長分為6個級別。
精密的小型工模具，馬氏體小于2級為好，一般工模具的合格級別可以放寬到3-4級。檢驗時，采用體積分數為4%的硝酸酒精溶液侵蝕拋光面，馬氏體針呈灰白色，針與針之間沒有黑白差，不易分辨，殘余奧氏體也分辨不清。分級淬火的馬氏體組織有針與針之間的黑白差，先形成的馬氏體在等溫分級時被回火，金相磨面被侵蝕后呈黑色。從分級溫度冷卻到室溫時形成的馬氏體未被回火，金相磨片被侵蝕后呈灰白色。
高碳鋼選擇在140-200℃之間回火，工具回火選下限，模具回火選上限。觀察回火試樣磨片時，所有回火馬氏體都侵蝕變黑，殘余奧氏體應呈灰白色（與回火馬氏體相比，它不容易接受侵蝕，但比馬氏體容易接受侵蝕），但因面積太小，數量也不多，在淬火或回火組織中都不易被分辨。觀察到的正常回火組織為黑色回火馬氏體基體上均勻分布著白色顆粒狀剩余碳化物。T12鋼820℃加熱，160℃分級淬火，200℃回火后的組織如果回火不足，黑色基體的色澤不均勻，可能出現灰黃色斑塊。
工模具表面的淬硬層一般只有1.5-5mm。在淬硬層內側，在馬氏體基體上出現屈氏體網，沿原奧氏體晶界分布，容易被侵蝕變黑，愈深入內部數量愈多，灰白色細針馬氏體上分布著黑色屈氏體網和白色剩余碳化物，剩余碳化物呈短條狀，有時呈斷續的半網狀分布，鍛件形狀和分布都不太理想。淬硬層終止于體積分數為50%的馬氏體處。
對于小型精密工具和儀表元件用的冷沖模具，均可采用等溫淬火工藝。例如，T10鋼沖裁模，780℃加熱水冷淬火后，300℃回火，硬度大于HRC55，由于韌度不足而斷裂。改用280℃等溫淬火后，硬度為HRC53.5-55,韌度改善，使用壽命提高了3倍。
T10鋼的等溫淬火姐織，該組織是850℃加熱，250℃等溫5min,冷卻到室溫后的組織。黑針是下貝氏體 針，灰白色背景是馬氏體和殘余奧氏體，還有一些白色未溶碳化物。等溫淬火采用的加熱溫度要適當提高，否則淬硬層太淺。但溫度又不宜過高，否則極易出現軟點。所形成的軟點組織是屈氏體、貝氏休、馬氏體、殘余奧氏體和殘余碳化物的混合組織。由于加熱溫度較高，所以，此時的貝氏體針和馬氏體都比較粗長， 殘余奧氏體也比較明顯，殘余碳化物則很少。
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