预冷等温淬火又可称为升温等温淬火，适用于淬透性较差的钢件或尺寸较大又必须进行等温淬火的工件，其过程是：为了避免自高温冷却至下贝氏体等温槽的过程中发生部分珠光体或上贝氏体转变，可采用两个温度的浴槽。其一温度较低，另一温度我高，相当于下贝氏体转变温度。但是二者的温度都高于M点。工件加热后先在较低温度盐浴中冷却，内外均温后再放入员氏体等温淬火槽中进行等温转变，之后空冷，以得到下贝民体组织。这种等温淬火法在生产中已得到了应用。

例如，w(C)0.5%~0.6%、w(Mn)0.5%钢制造的3mm厚收割机刀片，为了减小热处理变形和获得所需要的性能，应进行等温淬火。但是，用普通等温淬火法硬度达不到要求，而应采用预冷等温淬火，即奥氏体化结束后的刀片先在240~260C盐浴中冷却25~35s，然后转入310~330C盐浴中保温30min,得到了淬火变形量及硬度均达到要求的刀片。

又例如，某些农机具用钢(如50、50Mn、55Si2、50Cr等) 等温淬火(回火或不回火)后的力学性能较优，但是由于这些钢的淬透性都较低，要得到下贝氏体组织，只能应用预冷等温淬火。这类钢的预冷等温淬火可在奥氏体化后先在水中预冷，然后投人盐槽中进行等温淬火。不同尺寸的工件在水中预冷的时间不同，可由实验确定。