40CrNiMo合金是优质高淬透性调质钢的典型代表,因其良好的综合力学性能而常用于制造锻压机曲轴、汽轮机轴、叶片、飞机起落架等。回火处理是其调控组织性能的常用手段,然而目前的研究多集中在高温回火,抗拉强度在1000MPa左右。为了进一步发掘该类钢的性能潜力,以期提高其服役寿命、拓宽其应用范围,本文利用SEM、EBSD、TEM等组织表征方法结合显微硬度和拉伸力学实验,系统研究了回火工艺参数（保护气氛、温度、时间）对40CrNiMo钢组织性能的影响规律,分析了实验钢的加工硬化行为、变形组织演变特征及断口形貌;利用三维原子探针层析技术显示了实验钢中的元素分布状态。论文的主要研究内容及结论如下:（1）研究了回火气氛、回火温度、保温时间对实验钢组织性能的影响规律,结果表明,空气中回火时会产生脱碳层,显著减低实验钢显微硬度。随着回火温度的升高,显微组织逐渐由回火屈氏体向回火索氏体转变,材料软化明显,抗拉强度和屈服强度下降。回火温度对实验钢性能的影响远大于回火时间对实验钢性能的影响。最佳回火工艺为850℃淬火0.5 h,450℃回火2 h,其显微硬度约为440 HV,屈服强度和抗拉强度分别为1180 MPa和1310 MPa,总延伸率为15%。（2）研究了实验钢中的元素分布状态,结果表明Si元素主要分布在铁素体及铁素体/渗碳体界面上,Mn、Cr元素主要分布在铁素体/渗碳体界面上。细小的碳化物主要是Cr、Mn碳化物,其中的Mn、Mo元素含量远高于渗碳体中的含量。（3）研究了实验钢的加工硬化行为、变形组织演变及断口形貌。结果发现450℃回火2 h实验钢相较回火0.5 h实验钢初始加工硬化率更高,下降更缓慢,n值更大。450℃回火2 h实验钢在塑性变形过程中,随着应变量的增加,回火组织逐渐致密,位错在铁素体内部缠结,同时铁素体板条细化,界面变得模糊。0.5 h回火试验钢拉伸断口主要呈准解理断裂,2 h回火试验钢为韧性断裂。