大鍛件熱處理時的冷卻工藝是決定鍛件***終性能很關鍵的一步,大鍛件的冷卻比較復雜而難以控制。材料科學對鋼性能的研究中得出的一個主要結論是:鋼的性能主要決定于組織和結構,而對于一定成分的某一種鋼其組織決定于冷卻工藝，所以考慮大鍛件熱處理時應從性能→組織→冷卻工藝這個思路進行。一般材料手冊和工廠標準中都列出了不同直徑的鍛件調質或正火后所得到的常規力學性能σb，σ0.2，φ，δ等，并以此作為工廠的交貨條件，對組織并未作何要求。但作為熱處理工作者，就必須了解鋼的性能與組織之間的關系，從而通過控制熱處理后的組織，達到***后所需要的性能要求。鍛件的冷卻組織和回火后的力學性能的關系，已作了大量的研究，現予以概括性的討論。
大鍛件一般都是經不同方式冷卻后，再經回火處理后使用,所以***后的組織是由過冷奧氏體轉變產物再加上回火后的組織構成，這種組織與性能之間的關系一般結論如下：
1.如果冷卻后獲得馬氏體組織，經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。強度硬度隨鋼中碳含量的增加而提高，塑性、韌性隨之下降。馬氏體組織隨回火溫度的提髙其硬度、強度下降，塑性、初性隨之提高。一般鋼史的合金元素可使回火時的強度、硬度下降較小，而對塑性、韌性也有很大改善。馬氏體經高溫回火后，則可得到均勻的回火索氏體組織，其強度、塑性和韌性能的配合,即獲得較高的綜合力學性能。
2.如果冷卻后獲得下貝氏體組織，回火后的力學性能與淬火后獲得馬氏體經相同溫度回火時的力學性能相近，并有較高的沖擊韌性。
3.如果冷卻后獲上貝氏體組織和珠光體組織，則回火后的強度較低，塑性也不好，即綜合力學性能較差。
4.如果冷卻后的組織中出現鐵素體，則回火后的綜合力學性能顯著惡化，特別是沖擊韌性顯著降低。
對于不同條件下使用的零件對力學性能的要求不同，因而對冷卻后的組織要求也不一樣，例如，發電機轉子和低壓汽輪機轉子，要求較高的常溫綜合力學性能，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；高壓汽輪機轉子要求有較高的抗蠕變能力， 對于常用的鉻鉬釩鋼，要求獲得上貝氏體組織。高硬冷軋輥要求具有髙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。
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