本发明涉及一种热处理试样快速冷却装置，属于金属热处理技术领域。装置由不锈钢法兰盘、底托、冷却室和冷却气道组成，其中不锈钢法兰盘上设有用于连通加热炉内外气体管路的进气通道、出气通道，底托安装在不锈钢法兰盘上，冷却室固定在底托表面。冷却时冷却气体通过冷却室内壁对称设置的气体喷头对试样各表面进行均匀冷却，并可通过调节氩气流量的方式，调控冷却强度满足不同试样、不同热处理工艺的实验需求。本发明所采用的快速冷却装置冷却效率可调，便于改装维护，安全性较高，可应用于不同型号加热炉设备，无需对设备进行额外改造，大大改善了实验效率与可操作性。