工件在普通介质中淬火时，冷却过程一般分为三个阶段( 汽膜期、沸腾期、对流期) ，在不同的冷却阶段，冷却速度有很大的变化，尤其是在汽膜-沸腾过渡阶段，钢正好处在塑性低的温度范围，因过度热冲击而产生变形或微裂纹成为不可避免的现象。液氮的冷却速度比水大 5 倍左右。超低温淬火，是指器件在液氮中淬火，外观是液体而实质上是气体冷却。液氮的气化潜热为水的 1 /11，工件淬入后立即被气体包围，所以没有普通介质淬火时那样产生热冲击的三个阶段，工件变形及开裂的可能性极小。此外，在液氮中淬火时马氏体转变进行得更完全，残留奥氏体量极少，使钢获得更高的硬度、耐磨性及尺寸稳定性。超低温淬火，又称液氮淬火，就其原理来说是最简单的，但在工业上并非都适用。除液氮淬火原理简单外，还有冷却速度也不象油或水那样快的优点。由于液氮不断汽化，在工件表面总是产生一层气膜，成隔热层，限制了热交换。此汽膜至少对一些块状零件可减少急剧热冲击。当然，零件的最终温度将接近一196℃，但一般情况下并不需要这个温度。专家们认为，马氏体反应的最佳速率是在一120℃以上。该工艺的另一缺点是液氮的消耗量比较大，超过了实际需要量。