为了提高35CrMo钢的塑韧性，同时兼顾其强度性能，本研究采用淬火及回火的热处理工艺，探究回火温度对35CrMo钢组织和性能的影响。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、冲击试验机及电液伺服万能试验机等手段深入探究不同回火温度对35CrMo钢的显微组织变化及力学性能的影响。研究结果表明：35CrMo钢在淬火后的主要组织结构为板条状马氏体，并伴有微量残余奥氏体；在500～650℃范围内进行2 h回火处理时，随着回火温度的升高，碳化物开始在针状铁素体的边缘及其内部析出，碳化物数量增多且分布更均匀，铁素体发生回复再结晶并逐渐等轴化，位错密度逐渐降低，固溶强化、位错强化效果减弱，导致35CrMo钢的硬度和强度降低，塑韧性提高。同时，随着回火温度的升高，35CrMo钢硬度从723.2 HV降至509.9 HV,抗拉强度从1 207.9 MPa降至879.4 MPa,断裂强度从767.0 MPa降至584.0 MPa;断后伸长率、断面收缩率呈现出先小幅降低后上升的变化规律；抗冲击载荷性能增强，冲击功从114.3 J升至188.6 J,冲击韧性从142.9 J/cm²升至235.7 J/cm²。综合考虑强塑积指标，本研究的最佳热处理工艺参数为：860℃奥氏体化1 h, 500℃回火2 h。