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本文针对一种新型的高强高韧的二次硬化型渗碳齿轮钢C61的热变形行为和强韧化机理进行了系统研究。采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了C61钢的高温热塑性特征；采用力学性能测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)及物理化学相分析等方法研究分析了C61钢的力学性能、组织演变规律及其强韧化机理,为新一代渗碳齿轮钢C61的工程应用提供了实验数据和技术支持。取得的主要研究成果如下：在变形温度为850-1150℃,应变速率为0.01～10s-1的变形条件下,基于高温流变应力曲线,获得了C61钢的热变形激活能为414.543kJ/mol,建立了钢的热变形方程,动态再结晶临界应变与变形温度和应变速率的关系模型以及动态再结晶晶粒平均尺寸与Z参数的关系模型。基于动态材料模型,建立了C61钢的热加工图。试验钢奥氏体化温度低于950℃淬火后,基体中存在未溶的M6C和M23C6碳化物,使但奥氏体晶粒粗化倾向增大,当温度高于1000℃时,奥氏体晶粒粗化严重,导致钢的韧性快速降低。因此试验钢的适宜的奥氏体化淬火温度为950～1000℃。试验钢较佳热处理制度为950℃保温1h油冷+-73℃冷处理1h后空冷+482℃回火16h后空冷,此时具有优异的强韧性匹配,此时抗拉强度为1625MPa,屈服强度为1556MPa,夏比V型冲击功为82J。优异的强韧性匹配其强度主要来自细小的晶粒组织和高位错密度板条马氏体上回火析出大量弥散分布的M2C碳化物,而回火时马氏体基体中析出的薄膜状逆转变奥氏体是其韧性的有利保障。C61钢渗碳过程和奥氏体化可以同步进行,本试验条件下,试验钢经过1000℃×4h渗碳后直接淬火+-196℃冷处理1h+482℃回火16h后,表层组织显微硬度达到750HV,表层基体组织为片状马氏体；过渡层基体组织由片状马氏体和板条马氏体组成；心部基体组织为板条马氏体,显微硬度为485HV左右；渗层厚度达到1.6mm。