化學熱處理的保溫時間往往較長冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度

1退火操作方法：將鋼件加熱到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的溫度（可以查閱有關資料）後，一般隨爐溫緩慢冷卻。適用於合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應狀態不合格的原材料。2、正火操作方法：將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50度，保溫後以稍大於退火的冷卻速度冷卻。正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對於效能要求不高的低碳的和中碳的碳素結構鋼及低合金鋼件，也可作為最後熱處理。對於一般中、高合金鋼，空冷可導致完全或區域性淬火，因此不能作為最後熱處理工序。

3淬火操作方法：將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時間，然後在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼（如不鏽鋼、耐磨鋼）淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。4、回火操作方法：將淬火後的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經保溫後，於空氣或油、熱水、水中冷卻。保持鋼在淬火後的高硬度和耐磨性時用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強度時用中溫回火；以保持高的衝擊韌度和塑性為主，又有足夠的強度時用高溫回火。5、調質操作方法：淬火後高溫回火稱調質，即將鋼件加熱到比淬火時高10~20度的溫度，保溫後進行淬火，然後在400~720度的溫度下進行回火。不僅可以作為各種較為重要結構的最後熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲槓等的預先熱處理，以減小變形