直接淬火是工件在渗碳或碳氮共渗、渗硼等后直接淬火冷却的工艺。这种工艺是化学热处理（渗碳或碳氮共渗）与热处理（淬火）的经典复合热处理工艺。适用于奥氏体晶粒长大不太严重的钢种（如20 CrMnTi、30 CrMnTi)所制作的非重要工件，其工艺方法简单，但工件畸变较大。为了尽量减少畸变，可以采用降温淬火方法。降温的温度视工件的性能要求而定，对于仅需表面耐磨损的工件，可降温至对应渗层Ac,点以上的温度再进行淬火；而对于既要求表面耐磨，又要求心部有一定强度的工件，降温所达到的温度不应低于心部材料的Ac3点，以防止铁素体的析出。对镍含量较高的低碳合金结构钢（如20CrNi3、20Cr2Ni4钢等），以及非本质细晶粒钢（如20Cr、20 CrMnMo、20MnVB钢等），通常采用渗碳后二次加热淬火以达到技术要求。近年来，通过采用渗碳+亚温直接淬火工艺[即渗碳后炉冷至不低于A:,温度(740~760℃)进行直接淬火]，以及稀土渗碳工艺等可以实现渗碳后直接淬火，同时减少l工件畸变和氧化脱碳的倾向。