淬火冷卻時，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產生。因此，冷卻是關系到淬火質量高低的關鍵操作。

(1)理想淬火冷卻速度由共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線得知，要得到馬氏體，淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。但是淬火鋼在整個冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。關鍵是在過冷奧氏體最不穩定的C曲線鼻尖附近，即在650～400℃的溫度范圍內要快速冷卻。而從淬火溫度到650℃之間以及400℃以下，特別是300～200℃以下并不希望快冷。因為淬火冷卻中工件截面的內外溫度差會引起熱應力。另外，由于鋼中的比容(單位質量物質的體積)不同，其中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，因此，馬氏體的轉變將使工件的體積脹大，如冷卻速度較大，工件截面上的內外溫度差將增大，使馬氏體轉變不能同時進行而造成相變應力。冷卻速度越大，熱應力和相變應力越大，鋼在馬氏體轉變過程中便容易引起變形與裂紋。