1、不常用工艺
1)渗碳后降温至淬火温度，经保温后直接淬火。采用此方法容易使材料晶粒粗大，脆性较大，工件组织应力大，只能承载强度较小的小模数齿轮。
2)渗碳后直接出炉空冷或出炉后进缓冷坑冷到室温，再重新进炉加热淬火。20CrMnMo钢的特性，在工件渗碳后对冷却速度应有严格要求，否则冷却时工件表层组织和次表层组织转变不同步，造成工件表面产生较大的拉应力，工件容易开裂。
3)对使用性能要求高的深层渗碳零件，为了同时保证表面渗碳层和心部组织的质量指标，也可采用两次淬火，第一次加热到心部AC3+(30-50)℃淬火，第二次加热到表面AC1+(30-50)℃淬火，但这样热处理后产生应力大，而且能耗高。
2、常用工艺
渗碳后先炉冷到550℃出炉空冷，随后重新入炉加热淬火，此方法是目前生产中20CrMnMo钢零件最常用的工艺。也存在问题：热处理时间长，一方面由于渗碳后需炉冷到一定温度才能出炉，出炉温度越低对工件表面减少氧化脱碳越有利。另一方面，由于工件进行淬火加热时，需经过一段建立炉气碳势的时间，才能确保淬火后工件的表面质量。
3、新工艺
在确保热处理质量的前提下，为了缩短渗碳生产周期，节约成本的新工艺。该工艺将渗碳、等温及淬火结合于一体，将生产周期缩短20%，能耗降低10%。具体为：
1)渗碳阶段。优化渗碳中强渗、扩散各阶段碳势、时间等工艺参数，以较快的渗碳速度达到要求的质量指标。
2)渗碳炉阶段。随着炉温的降低，渗碳表层会逐步析出少量细网渗碳体，冷却到620℃，会发生奥氏体向珠光体重结晶转变。600-620℃等温停留，渗碳表面碳化物将发生部分球化作用。
3)淬火加热阶段。第一阶段加热温度840-860℃。此时珠光体转变成奥氏体，碳化物溶入奥氏体，保证了淬火后马氏体的高硬度和强度，同时保留了适量的未溶碳化物。第二阶段较低的加热温度810-830℃是为了减少淬火应力，同时有利于表面获得高硬度。
4)回火阶段。通过200-240℃的低温回火，淬火马氏体将转变为回火马氏体，同时表面残留奥氏体将分解为马氏体。为使残留奥氏体转变充分，可采用两次回火。