近年来，随着制造业的发展，模具的需求量越来越大，对制作模具的模具钢而言，其品种、规格要求越来越多，热处理质量要求也更加严格。在目前国内外热处理技术条件下，厚度在200mm以下的中小型高合金模具钢模块的热处理以空淬和油淬为主。水浸淬虽然清洁、环保，但极易造成模块变形开裂，实际工程中还未予采纳。然而，空淬时模块组织性能差，硬度分布不均匀；油淬冷却速度慢，模块油淬后表面和心部硬度差大，心部不易淬透，淬火油容易燃烧，存在安全隐患，且随着淬火油的消耗必然会增加生产成本。因此，针对厚度在200mm以上的大型高合金模具钢模块，研究开发一种无变形、无裂纹、组织硬度分布均匀、低碳环保且淬冷速度在水冷与空冷之间无级可调的淬火装置和工艺迫在眉睫。本文根据大型塑料模具钢(多为马氏体钢)模块热处理的需求与工艺特点，设计并自制一台大型喷水淬火装置。该装置采用上下左右四排喷嘴对模块进行喷淋，以满足大型高合金塑料模具钢模块喷水淬火基本动作要求和冷却速度要求。避免模块弯曲变形和开裂等缺陷，实现生产过程清洁、低碳、无污染等目的。本文以4Cr13大型模块为研究对象，利用自制喷水淬火装置进行热车试验，并测量相关温度；在此基础上，以传热学理论建立大型模块喷水淬火温度场有限元计算模型，将有限元模拟和试验试错法相结合，确定了本装置在喷水压力为0.3MPa和流量为100m3/h时喷水淬火的换热系数是水浸淬换热系数的0.6倍。利用有限元分析得到的喷淬换热系数模拟计算五种规格4Cr13模块喷淬过程温度场分布与关键点的冷却曲线。结合4Cr13的CCT曲线，确定了各规格模块心部不出现珠光体等非淬硬组织的最少冷却时间，具体的喷水淬火工艺为：喷水冷却→停喷空冷→喷水冷却→停喷空冷，控制累计喷水时间。试验结果表明，本装置能够达到预定使用要求，采用间歇喷水可以调节喷淋时间，使冷却速度在较大范围内可调，同时避免出现淬火裂纹和弯曲变形。解剖最大尺寸的4Cr13模块对喷淬结果进行检验。检验结果表明：喷淬回火后的模块表心硬度差仅为2HRC，金相组织为回火马氏体且分布均匀，符合预硬化要求。本文首次提出针对大型不锈模具钢模块喷水淬火装置与工艺。喷淬过程中模块冷速可调、对环境无污染；喷淬后模块无弯曲变形，组织硬度分布均匀，可以避免模具钢模块空、油淬组织性能差，水淬易变形开裂等缺陷，具有较高的推广价值。