回火是指工件淬硬后，加热到A_c1以下的某一温度， 保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。淬火钢的组织主要由马氏体和少量残留奥氏体组成(有时还有未溶碳化物)，其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。回火般安排在淬火之后进行， 通常也是零件进行热处理的最后一道工序。其目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得较好的强度和韧性。

钢在回火时组织和性能的变化

淬火钢中的马氏体与残留奥氏体都是不稳定组织，它们有自发向稳定组织转变的趋势，如马氏体中过饱和的碳要析出、残留奥氏体要分解等。回火就是为了促进这种转变。因回火是一个由非平衡组织向平衡组织转变的过程，而且这个过程是依靠原子的迁移和扩散进行的。回火温度越高，扩散速度越快；反之，扩散速度越慢。

随着回火温度的升高，淬火组织将发生一系列变化，根据组织转变情况，回火一般分为四个阶段：马氏体分解、残留奥氏体分解、碳化物转变、碳化物的聚集长大与铁素体的再结晶。

(1)回火第一阶段(≤200℃)——马氏体分解

内在80℃以下温度回火时，淬火钢中没有明显的组织转变，此时只发生马氏体中碳的偏聚，而没有开始分解。

在80~ 200℃回火时，马氏体开始分解，析出极细微的碳化物，使马氏体中的碳浓度降低。在这一阶段中，由于回火温度较低，马氏体中仅析出了一部分过饱和的碳原子，所以它仍是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。析出的极细微碳化物，均匀分布在马氏体基体上。这种过饱和度较低的马氏体和极细微碳化物的混合组织称为回火马氏体。

(2)回火第二阶段(200~300℃)——残留奥氏体分解

当温度升至200~300℃范围时，马氏体分解继续进行，但占主导地位的转变已是残留奥氏体分解过程了。残留奥氏体分解通过碳原子的扩散先形成偏聚区，进而分解为a相和碳化物的混合组织，即形成下贝氏体。此阶段钢的硬度没有明显降低。

(3)回火第三阶段(250~400℃)——碳化物转变

在此温度范围，由于温度较高，碳原子的扩散能力较强，铁原子也恢复了扩散能力，马氏体分解和残留奥氏体分解析出的过渡碳化物将转变为较稳定的渗碳体。随着碳化物的析出、转变，马氏体中碳的质量分数不断降低，马氏体的晶格畸变消失，马氏体转变为铁素体。得到铁素体基体内分布着细小粒状(或片状)渗碳体组织，该组织称为回火托氏体。此阶段淬火应力基本消除，硬度有所下降，塑性、韧性得到提高。

(4)回火第四阶段(>400℃)——碳化物的聚集长大与铁素体的再结晶

由于回火温度已经很高，碳原子和铁原子均具有较强的扩散能力，第三阶段形成的渗碳体薄片，将不断球化并长大。在500~600℃以上时，a相逐渐发生再结晶，使铁素体形态失去原来的板条或片状，而形成多边形晶粒，此时组织为铁素体基体上分布着粒状碳化物，该组织称为回火索氏体，回火索氏体具有良好的综合力学性能。此阶段内应力和晶格畸变完全消除。由图可见，淬火钢随回火温度的升高，强度、硬度降低而塑性与韧性提高。

图  40 钢回火后性能与温度关系