等温淬火与分级淬火是两类以减小淬火变形为核心目标的热处理工艺，它们都不把奥氏体化后的工件直接淬到室温，而是先在某个温度平台停留，再完成组织转变。等温淬火（austempering）是将工件迅速淬入Ms点以上的热浴中并恒温保持，让过冷奥氏体在贝氏体区完成转变，在钢中获得贝氏体组织、在球墨铸铁中获得由针状铁素体和高碳奥氏体组成的奥铁体（ausferrite）。分级淬火（martempering）则是在Ms点附近短暂停留，使零件截面内外温度均匀后再缓慢冷却到室温，最终得到马氏体组织，目的是把热应力和组织应力错开，减少变形和开裂。
典型等温淬火工艺包括预热、奥氏体化和等温保持几个阶段。工件先在约500℃预热，去除炉料带入的水分、缩短升温时间；随后在Ac3或Ac1以上温度充分奥氏体化；接着迅速转入熔融盐浴中，在150-350℃区间保温，直到贝氏体或奥铁体转变完成，最后出炉空冷。工艺窗口必须对照材料的TTT曲线设计：冷却和转移时间要足够快，避免在珠光体区发生先共析转变；等温温度和保温时间则决定最终组织形态和硬度。分级淬火的盐浴温度略高于Ms点，停留时间以截面匀温为准，不要求组织在盐浴中转变，出炉后仍需空冷和回火。
两类工艺带来的组织性能各有侧重。贝氏体和奥铁体组织使零件在较高硬度下保持良好的韧性和疲劳强度，淬火内应力低于常规油淬，变形量明显减小。等温淬火球铁（ADI）是代表性产品，符合ASTM A897M、EN 1564和ISO 17804等标准，单位重量强度优于铝合金，兼具耐磨性和疲劳性能，广泛用于汽车齿轮、曲轴、悬挂件和农机耐磨零件。分级淬火则适合形状复杂、截面不均、淬火开裂敏感的合金钢零件，在获得马氏体高硬度的同时把畸变控制在较小范围，减少后续矫直和精加工余量。
在设备和生产组织上，等温淬火依赖温控精度高、温度均匀的盐浴炉或浴炉生产线，需要严格控制盐浴成分、温度波动和工件转移时间，并做好脱水、脱氧和安全防护。对工艺人员而言，应结合材料TTT/CCT曲线、零件截面和变形公差，选择等温温度、保温时间和淬火介质；配合奥氏体化加热的保护气氛或真空环境，还可进一步保证表面质量。工业炉供应商在配套等温淬火生产线时，通常把预热炉、奥氏体化炉、盐浴槽和后处理工位集成，并通过连续作业减少转移过程中的温度损失，保证批量零件组织和硬度的一致性。