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鍵在于冷卻后所獲得的組織的性質及其分散度。

       在一般材料手冊和工廠標準中都列出不同直徑的鍛件調質或正火后所能得到的常規機械性能等，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機械性能，而且也要考慮到冷卻組織的性質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系，迄今已作了大量試驗和研究，一般結論如下：

       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。可見，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所用鋼種，通過適當的處理工藝獲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，發電機轉子和低壓汽輪機轉子，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，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，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，以避免產生馬氏體組織。但是實際上在鍛件中，要獲得內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。