鍛件的冷卻比較復雜而難以控制。冷卻工藝的制訂比小件要重要和復雜得多。決定鍛件回火后機械性能的關(guān)鍵在于冷卻后所獲得的組織的性質(zhì)及其分散度。

       在一般材料手冊和工廠標準中都列出不同直徑的鍛件調(diào)質(zhì)或正火后所能得到的常規(guī)機械性能等，并且以此作為出廠時的交貨條件。但是對組織狀態(tài)并未提出任何要求，而組織對于評定像持久強度、高溫蠕變強度和斷裂軔性等性能是極為重要的。在制訂鍛件的冷卻工藝中，不僅要考慮到整個截面有比較均勻的常規(guī)機械性能，而且也要考慮到冷卻組織的性質(zhì)和沿截面的組織分布。

       鍛件的冷卻組織和回火后機械性能的關(guān)系，迄今已作了大量試驗和研究，一般結(jié)論如下：

       如果冷卻后獲得馬氏體組織，經(jīng)低溫回火后具有較高的強度、硬度和耐磨性，但塑性、韌性較低。強度、硬度隨著鋼中含碳量的增加而提高，塑性、韌性則隨之下降。馬氏體組織隨著回火溫度的提高其強度、硬度下降，而塑性、韌性則隨之提高。一般來說，鋼中的合金元素可使鋼回火時的強度、硬度下降較小，而對塑性和韌性也有很大的改善。馬氏體組織經(jīng)高溫回火，則可得到均勻的回火索氏體組織。其強度、塑性和韌性能夠得到最好的配含，即獲得較髙的綜合機械性能。

       如果冷卻后獲得下貝氏體組織，回火后的機械性能與淬火后獲得馬氏體經(jīng)相同溫度回火時的機械性能相近，并且有較高的沖擊韌性。

       如果冷卻后獲得上貝氏體組織和珠光體組織，則同火后的強度較低,塑性也不好，即綜合機械性能較差。

       如果冷卻后的組織中，出現(xiàn)鐵素體，則回火后的綜合機械性能顯著惡化，特別是沖擊韌性顯著降低?？梢?，回火后的綜合機械性能隨者冷卻所得組織的粗化而變壞。例如，回火組織的脆性轉(zhuǎn)變溫度按冷卻后的組織為珠光體、上貝氏體和下貝氏體依次降低。

       鍛件最終熱處理的任務在于根據(jù)所用鋼種，通過適當?shù)奶幚砉に嚝@得滿足零件使用要求的盡量高的綜合機械性能。

       在不同條件下使用的零件對機械性能的要求不同，因而對冷卻后的組織要求也不一樣。例如，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和低壓汽輪機轉(zhuǎn)子，要求較高的常溫綜合機械性能，故淬火后要求獲得馬氏體或馬氏體和下貝氏體的混合組織,而高壓汽輪機轉(zhuǎn)子則要求較高的高溫蠕變強度。對于常用的鉻鉬釩鋼來說，要求獲得高溫蠕變強度較高的上貝氏體組織，而且高溫強度按下列順序逐步降低：上貝氏體→上貝氏體→下貝氏體→下貝氏體。但上貝氏體中不準有鐵素體組織存在，否則高溫性能變壞。又如高硬冷軋輥要求具有高的耐磨性和承受較高沖擊載荷的能力，因而要求在一定厚度的表面硬化層中獲得馬氏體組織，其中殘余奧氏體量應盡量減少。

       從獲得較高的常溫綜合機械性能出發(fā)，應力求沿截面都獲得細小均勻的馬氏體組織，為此應該使鍛件心部的冷卻速度大于下臨界冷卻速度。從獲得較高的髙溫性能出發(fā)，要求沿截面獲得上貝氏體組織，因而應該使鍛件的心部冷卻速度大于上臨界冷卻速度。而表面的冷卻速度應盡量小于下臨界冷卻速度，以避免產(chǎn)生馬氏體組織。但是實際上在鍛件中，要獲得內(nèi)外一致的冷卻組織是困難的。一般來說，在不同截面處由于冷卻速度不同而獲得不同的冷卻組織。同時，除高合金鋼深冷淬火能獲得一定數(shù)量的馬氏體外,一般淬火得不到馬氏體，而往往獲得貝氏體，甚至珠光體組織。