本发明属于金属热处理领域，涉及一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法；多级淬火冷却喷淋系统包括：第一级冷却区、第二级冷却区、第三级冷却区、第四级冷却区和空冷烘干区；第一级冷却区喷淋冷却，保证工艺冷却速率的同时避免冷却速率过大带来的大芯表温差，产生大残余应力；第二级冷却区喷淋冷却，板材芯表快速冷却至工艺要求温度，同时达到板形控制效果；第三级冷却区喷淋冷却，使板材芯部冷却至工艺要求温度；第四级冷却区喷淋冷却，板材芯表温度最终冷却至工艺要求温度；空冷区：将板材表面残留淬火水排出并烘干板材表面；淬火完毕；满足铝合金中厚板的多级淬火工艺需求的同时有效控制冷却速率过大产生的残余应力和板形控制。