預冷等溫淬火又可稱為升溫等溫淬火，適用於淬透性較差的鋼件或尺寸較大又必須進行等溫淬火的工件，其過程是：為了避免自高溫冷卻至下貝氏體等溫槽的過程中發生部分珠光體或上貝氏體轉變，可採用兩個溫度的浴槽。其一溫度較低，另一溫度我高，相當於下貝氏體轉變溫度。但是二者的溫度都高於M點。工件加熱後先在較低溫度鹽浴中冷卻，內外均溫後再放入員氏體等溫淬火槽中進行等溫轉變，之後空冷，以得到下貝民體組織。這種等溫淬火法在生產中已得到了套用。
例如，w(C)0.5%~0.6%、w(Mn)0.5%鋼製造的3mm厚收割機刀片，為了減小熱處理變形和獲得所需要的性能，應進行等溫淬火。但是，用普通等溫淬火法硬度達不到要求，而應採用預冷等溫淬火，即奧氏體化結束後的刀片先在240~260C鹽浴中冷卻25~35s，然後轉入310~330C鹽浴中保溫30min,得到了淬火變形量及硬度均達到要求的刀片。
又例如，某些農機具用鋼(如50、50Mn、55Si2、50Cr等) 等溫淬火(回火或不回火)後的力學性能較優，但是由於這些鋼的淬透性都較低，要得到下貝氏體組織，只能套用預冷等溫淬火。這類鋼的預冷等溫淬火可在奧氏體化後先在水中預冷，然後投人鹽槽中進行等溫淬火。不同尺寸的工件在水中預冷的時間不同，可由實驗確定。
