本文目的是研究高碳合金钢等温淬火和回火以后的组织和力学性能。通过组织和力学性能进行分析,确定最佳的等温淬火和回火工艺。利用DIL–402C型热膨胀仪测定本试验钢的Ac1和Ac3,利用Gleeble–3800型热模拟试验机测量出试验钢经过冷奥氏体化以后预变形后的Ms点以及不同温度等温的保温时间,根据模拟数据制定出相应的等温淬火工艺。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪对不同温度等温淬火试样进行相组成和组织形貌分析,对淬火试样进行冲击、硬度和拉伸等力学性能测试,确定最佳等温淬火工艺。对性能较差的一组等温淬火试样进行不同温度回火组织观察以及力学性能测试,确定该试样的最佳回火工艺。试验结果表明,试样钢相变点Ac1、Ac3和Ms分别为780℃、820℃和210℃;实验钢在240~320℃等温淬火后,试样的组织由板条状贝氏体铁素体、薄膜状和块状残余奥氏体组成。随着等温淬火温度的升高,残余奥氏体含量增多,同时出现了大量的块状残余奥氏体。从测定的力学性能分析,随着等温淬火温度的升高,冲击功和延伸率先升高后降低;硬度、抗拉强度和屈服强度都逐渐降低。将320℃等温淬火得到的材料进行250~450℃的保温1 h回火热处理后,试样的组织由板条状贝氏体铁素体、薄膜状和块状残余奥氏体组成。在所研究的回火温度范围内,冲击功逐渐降低;硬度维持不变;抗拉强度先降低后升高;屈服强度和延伸率都是先升高后降低。综上,260℃等温淬火工艺最佳,其冲击功为44 J,硬度值为55.7±1.3 HRC,抗拉强度和屈服强度为2162 MPa和1243 MPa,延伸率为11.14%,强塑积为24084MPa·%;300℃回火工艺最佳,其冲击功为47.5 J,硬度值为49.4±0.8 HRC,抗拉强度和屈服强度为1718 MPa和1331 MPa,延伸率为19.33%;强塑积为33209 MPa·%。