در این تحقیق بهبود کارایی فولاد ابزار گرم کار h11 از طریق بهینه سازی پارامتر های عملیات حرارتی بررسی شد. بهینه سازی پارامترهای عملیات حرارتی از طریق روش طراحی آزمایش تعیین سطح پاسخ(rsm )انجام شد. به منظور طراحی آزمایش های عملیات حرارتی، پس از بررسی های اولیه، سه پارامتر دمای آستنیته کردن، زمان آستنیته کردن و دمای تمپر، از بین موثرترین پارامترها بر تغییرات چقرمگی، سختی و خستگی حرارتی انتخاب شدند. همچنین تمپر دومرحله ای با مدت زمان بهینه 2 ساعت انتخاب گردید. سطوح پایین و بالای انتخاب شده برای دمای آستنیته کردن 995 و 1025 درجه ی سانتیگراد، برای زمان آستنیته کردن 60 و 100 دقیقه و برای دمای تمپر 600 و 670 درجه ی سانتیگراد بودند. پاسخ های انتخاب شده شامل انرژی ضربه(معیاری از چقرمگی)، سختی و دانسیته ترک بودند و هدف رسیدن به بیشترین انرژی ضربه، سختی بهینه (با توجه به محدودیت های ماشین کاری، 320 ویکرز در نظر گرفته شد) و کمترین دانسیته ترک بود. سختی سنجی، آزمون ضربه و آزمون خستگی حرارتی به منظور بررسی سیکل های عملیات حرارتی انجام شد. ارزیابی سیکل های عملیات حرارتی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز طیف سنج اشعه ایکس، آزمون های پراش پرتو ایکس، ریزسختی سنجی، اندازه گیری دانسیته ترک با نرم افزار آنالیز تصویر انجام شد. نتایج بررسی علل ایجاد ترک خوردگی حرارتی در فولاد h11 نشان داد که اعمال تنش¬های متناوب حرارتی و مکانیکی به قطعه منجربه خستگی حرارتی در سطح آن¬ها می¬شود. در نتیجه به علت تمرکز تنش در نواحی پرانرژی به خصوص مرزدانه¬ها رشد ترک های خستگی از این نواحی آغاز شده و در امتداد مرزدانه¬های آستنیت اولیه اشاعه می¬یابد. پس از بررسی های آماری، دمای آستنیته ی 995 درجه ی سانتیگراد، زمان آستنیته ی 100 دقیقه و دمای تمپر 646 درجه ی سانتیگراد به عنوان شرایط بهینه شناسایی شدند. با انجام سیکل بهینه، میانگین سختی 320 ویکرز، میانگین انرژی ضربه 54 ژول و میانگین دانسیته ترک 8/6 به دست آمد. بررسی های ریزساختاری نیز نشان داد که هر چه اندازه دانه های آستنیت اولیه ریزتر باشند، چقرمگی فولاد نیز بیشتر و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی حرارتی بیشتر خواهد بود.