一种利用碳氮双渗双梯度淬火在渗碳钢表面获得超高强韧化渗层的方法，涉及一种在渗碳钢表面获得超高强韧化渗层的方法。目的是解决现有渗碳钢表面的耐磨性能和抗疲劳性能差的问题。方法：渗碳钢零件渗碳处理，进行梯度淬火处理，然后进行渗氮处理或氮碳共渗处理，再进行梯度淬火处理，最后回火处理。本发明处理后的渗碳钢零件的表层具有纳米晶+超细晶+弥散碳化物渗层组织，利用超细晶/纳米晶强韧化和渗入元素析出沉淀强化/固溶强化复合来实现渗层性能的超高强韧化，因此渗碳钢零件的耐磨性能和抗疲劳性能得到改善，实现了长寿命高可靠表面改性。本发明适用于渗碳钢表面超高强韧化处理。