本文目的是研究低合金高碳钢低温等温转变处理的组织特征和力学性能，并提出一种表面低温贝氏体组织的制备方法。　　 用数值模拟方法研究了不同成分的高硅高碳钢的等温转变动力学，并用金相法测定了不同等温转变条件下的低温贝氏体转变动力学。用X射线衍射、光学显微镜和透射电镜研究了低温等温转变处理试样的相组成和微观结构，用拉伸、Charpy-U形缺口试样冲击和磨损试验对拉伸、冲击和耐磨性能进行了表征，并用扫描电镜分析了拉伸、冲击断裂和磨损机制。　　 结果表明，降低奥氏体化温度、降低碳含量和添加Al合金元素都可以有效地加速低温贝氏体等温转变过程，与加Co或Al+Co复合添加相比可以降低合金化成本。60Si2CrVA钢1000℃奥氏体化后在235℃和270℃等温处理，获得了由厚度为100-200nm的贝氏体铁素体板条和残余奥氏体薄膜组成的低温贝氏体组织，且贝氏体铁素体和残余奥氏体具有K-S取向关系。残余奥氏体的体积分数为8.8-18.6％，抗拉强度为1880-1980MPa，延伸率为9.5-10.5％。高碳Si-Cr钢870-950℃奥氏体化后进行200℃×8h等温处理，可以得到由厚度为100-200nm板条状贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的低温贝氏体组织。910℃奥氏体化后等温处理获得了最大的冲击韧性，其冲击功29J，是870℃淬火+200℃低温回火试样(8J)的3.6倍，而硬度略低于低温回火处理。冲击断裂机理是脆性准解理与韧性韧窝和撕裂的组合。磨损性能略高于淬火+低温回火试样，磨损表面形成了平均尺寸～3nm的纳米晶组织。高碳Si-Al-Mn-Cr-W钢1000℃奥氏体化后，分别在220、240和260℃等温转变，得到了由70-90nm厚板条贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的低温贝氏体组织。拉伸强度为2375-2080MPa，超过了超高强度钢的强度水平，且具有高于5％的延伸率(6.7-7.8％)，并表现出明显的屈服和加工硬化。拉伸强度随等温转变温度降低而升高，拉伸断裂以韧性韧窝断裂为主。冲击功远高于淬火+低温回火处理。240℃等温转变试样室温冲击功达到22.2J，稍高于260℃等温转变试样(20.6J)，远高于220℃等温转变试样(7.8J)。冲击断裂机制为韧窝韧性断裂与准解理脆性断裂的混合，其中260℃与240℃等温转变试样冲击断裂以韧性断裂为主要机制。等温转变试样比淬火+低温回火试样具有更高的耐磨性，220、240和260℃等温转变试样相对于淬火+低温回火试样的耐磨性分别为1.51、1.43和1.21。提出用Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Al合金化的低碳钢渗碳后在稍高于渗碳层Ms而低于心部Ms温度进行等温淬火，制备表面低温贝氏体组织的方法。渗碳后950℃奥氏体化，然后230℃等温淬火，在试样表面获得了低温贝氏体组织，心部获得低碳马氏体组织。表面硬度达到～620HV，且具有196MPa的表面残余压应力。该组织有希望用于制造重载齿轮等要求高耐磨性和高接触疲劳抗力的零件。