在钢铁材料的多种强化机制中，细晶强化是目前唯一一个既提高强度，又改善塑性和韧性的机制。有效地利用细晶强化机制，能够实现钢铁材料良好的强韧性配合。本文通过对中碳低合金钢40Cr钢采用淬火-回火温镦变形工艺制备超细晶钢，目的在于利用相变与形变的有效结合，探索40Cr钢超细晶组织控制技术。对40Cr钢采用不同的热处理方法获得马氏体组织，分别在500-650℃保温3-15min并温镦变形后，得到40Cr钢超细晶组织。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等先进显微组织观察和分析手段，对40Cr钢试验后获得的超细晶组织进行观察分析;通过硬度试验和单轴拉伸试验，得出了40Cr钢试验后超细晶组织的室温力学性能，并观察分析了拉伸断口。　　试验结果表明，控制淬火态40Cr钢的回火温度（变形温度）及回火时间，可使具有一定过饱和度的铁素体在大压下量温镦变形过程中，以多种机理的综合作用细化晶粒，并实现晶粒细小的铁素体基体上弥散地分布着第二相组织（碳化物）。不同工艺下，板条晶平均宽度在95-195nm范围内;动态再结晶铁素体晶粒平均尺寸在130-268nm范围内，且随变形温度的升高而增大;析出碳化物颗粒的尺寸分布大致都呈正态分布，其平均尺寸在170-260nm范围内，随回火温度升高或回火保温时间延长而粗化。　　不同工艺得到40Cr钢超细晶的组织的力学性能:洛氏硬度值为30.5HRC-42HRC，抗拉强度为1011.42Mpa-1329.66Mpa，伸长率为17.27％-35.14％。综合力学性能最优的40Cr钢试验后组织的工艺为:一次淬火态40Cr钢在600℃保温10min后温镦变形，其组织综合力学性能为:洛氏硬度值为34.2HRC，抗拉强度为1275.08Mpa，伸长率为35.14％，实现了良好的强韧性配合。　　观察40Cr钢试验后组织的拉伸断口，在低倍放大下，均能观察到纤维区和剪切唇区;在高倍放大下，均能发现大量韧窝，部分韧窝能够清晰观察到底部的第二相粒子（碳化物），由此推断均为韧性断裂。且拉伸断口上的韧窝特征（平均直径与深度）随变形温度变化的规律，与拉伸试验所得塑性指标（伸长率）规律相符。部分断口分层现象与40Cr钢原材料组织中的偏析或拉伸试样组织中的弱界面有关，且弱界面引起的分层效应有韧化的作用。　　最后讨论了淬火态40Cr钢回火温镦变形的晶粒细化机制，即马氏体相变、位错交滑移以及动态再结晶等机理的综合作用。并探讨了温镦变形诱导碳化物析出这一现象，并且从基体组织中析出的碳化物弥散分布在超细晶组织中，提高了组织的热稳定性。