本文以内燃机气门用钢4Cr9Si2作为研究对象，简述了国内外内燃机气门材料热处理的现状，剖析了目前4Cr9Si2钢脆性较大及气门发生断裂的原因，在深入分析该钢的工艺特性和影响因素的基础上，以提高其韧性和综合力学性能为目的，研究了化学成分、热处理工艺、回火后冷却速度对4Cr9Si2钢组织和性能的影响，为实际生产兼有足够的韧性和硬度的气门材料，并为提高它在高温工况条件下的使用寿命提供了理论依据。 4Cr9Si2钢作为一种高铬钢，本身具有较大的脆性，因此如何提高其韧性成为本实验的关键所在。首先研究了淬火工艺对其的影响，探讨了常规淬火、亚温淬火、临界点淬火三种不同的淬火工艺，通过对试样硬度及冲击韧性的变化规律来分析三者的优劣。 重点研究了回火工艺对4Cr9Si2钢的影响。研究了试样在经过常规淬火后，回火温度、回火时间和回火后冷却方式对材料的影响。通过对试样的组织分析和断口SEM观察，绘制了冲击试验值同上述三者之间的准确定量关系，结果表明：在500℃～750℃之间，试样的冲击韧性值是下降然后上升，在540℃左右出现脆性的最大值：随着回火时间的增加，试样的冲击韧性逐渐下降，但下降的趋势越来越不明显，最终接近于与水平坐标平行，可以用非平衡晶界偏聚理论来解释这种现象。由于4Cr9Si2钢对冷速敏感，因此我们在函数记录仪上定量的研究了回火后冷却速度对韧脆性的影响。实践证明冷速越快，试样越不易变脆，如果回火后采用炉冷则试样的冲击值接近谷底，这主要是由于α相时效析出对位错产生了强钉扎。 运用计算机JAVA编程来计算由磷的非平衡晶界偏聚导致回火脆的临界时间与有效时间，比较其大小和内在关系，并检验了计算值是否与生产实际值相符合。