所谓两次加热淬火就是在渗碳后，进行两次淬火处理，然后再低温回火的热处理工艺。

第一次淬火的主要目的是细化心部的晶粒，提高心部的强度和韧性，其次是可消除表面渗层中的网状碳化物，并非进行表面层的第二次淬火准备良好的原始组织。为达到这样的目的，第一次淬火的温度常为A_c3+30~50℃，对碳钢为880~900℃，对合金钢为850~910℃。

第二次淬火的主要目的是使表面得到细针状马氏体、小颗粒均匀分布的碳化物和适量的残余奥氏体（10%~20%）。如果要提高零件的搞抗接触疲劳（点蚀）性能，而需要表面层有较多的残余奥氏体时，除了要合理选择材料和渗层碳浓度外，淬外温度的选择也是重要因素之一。提高第二次淬火的温度，奥氏体内的溶碳量增多，奥氏体的稳定性提高，使马氏体转变的开始点M_s和终止点M_f下降，在此增加了淬火后的残余奥氏体量；反之，则残余奥氏体量减少。当发现表层残余奥氏体过多时，可以适当降低第一次粹火的温度。一般情况下，第二次淬火的温度为A_c1+40~60℃，即在A_c1～A_c3之间（760～800℃）。第二次淬火加热的保温时间要短，只要表层形成细晶粒奥氏体后就应立即淬火，这样可以增加条状马氏全数量，改善渗层的韧件。此外，如果保温时间过长，会使心部析出较多的铁素体，使强度下降。

两次淬火处理的特点是表面层和心部都能得到比较满意的组织和性能。它的缺点是加热、冷却的次数多，工艺较复杂，消耗能源多，生产成本高，易于产生氧化脱碳和变形的缺陷。因此，仅适用于承受重载荷的渗碳件，或者是渗碳后的不正常组织无法用直接淬火或一次淬火加以消除时，才考虑选用两次加热淬火处理。