离子渗氮保温阶段结束后进入冷却阶段。常采用的冷却方式有下面几种：
        1.停止抽气和供气，切断辉光电源，在原渗氮的气氛中随炉冷却。如果设备的密闭性不高，漏气率较大时，为避免零件在冷却过程中氧化，可以停泵和切断辉光电流后向炉内继续冲入分解氨，当炉压达30-50托后关断气源。此法操作最为简便，省时，能保证渗氮后得到银灰色的表面。
        2.切断辉光电源和气源后将炉子抽到最高的真空度，渗氮零件在抽气的过程中冷却。
        3.切断辉光电源，供气和抽气系统继续工作，渗氮零件在流动新鲜渗氮气氛中冷却。
        4.在稀薄的辉光保护下逐渐降温至250℃以下，再停电随炉冷却。
        离子渗氮后零件需要快速冷却时，可向炉内通入惰性气体，并用安置在炉内的特制风扇强制冷却。青岛丰东热处理生产的离子氮化炉在降温阶段充入氮气，同时开启炉内搅拌风扇和炉外冷却风扇进行快速降温冷却，保证工件不被氧化的同时加快冷却速度，冷却效率提高50%以上。