从根本上说，回火通过提供恰到好处的热量来消除淬硬钢内部巨大的内应力，从而降低硬度。这种受控的再加热使被困的碳原子得以移动，将钢的脆性、高度应变的微观结构转变为更坚韧、更稳定的结构。虽然主要目标是大幅提高韧性，但硬度的可预测降低是直接结果。
未经回火的钢，即马氏体，极硬但过于脆性，几乎不适用于任何实际用途。回火是一个必不可少的过程，它通过牺牲一定量的峰值硬度来获得耐用可靠部件所需的关键韧性。
回火前的钢状态：硬但脆
要理解回火，首先必须理解它作用的材料。钢通常在淬火（一种硬化过程）后立即进行回火。
淬火过程与马氏体
在硬化过程中，钢被加热到高温，其晶体结构变为奥氏体，这是一种可以溶解大量碳的形式。当这种热钢快速冷却（淬火）时，碳原子被困在铁晶格中。
这种快速冷却迫使奥氏体转变为马氏体，这是一种体心四方（BCT）晶体结构。
为什么马氏体如此坚硬
马氏体的决定性特征是其极端的内应力。被困的碳原子扭曲了铁晶格，阻止了晶面相互滑移。
这种对滑移（即位错运动）的抵抗，在微观层面正是硬度的定义。应力越大，材料越硬。
关键缺陷：极度脆性
这种高硬度带来了巨大的代价：极度脆性。巨大的内应力使材料表现得像玻璃一样。它对断裂的抵抗力很低，会在剧烈冲击或弯曲下破碎。
对于刀具、斧头等工具或螺栓等结构部件来说，这种脆性是一个灾难性的失效点。
回火的机制：消除内应力
回火是一种亚临界热处理，这意味着钢被重新加热到低于其会变回奥氏体的温度（通常在 200°C 到 650°C / 400°F 到 1200°F 之间）。
热量和碳扩散的作用
再加热产生的额外热能使“冻结”的碳原子最终能够在晶格中移动或扩散。这是回火的核心机制。
从应变马氏体到更软的基体
随着碳原子从其被困位置迁移出来，铁晶格的严重扭曲得以缓解。高度应变的 BCT 马氏体结构松弛成应变程度小得多的体心立方（BCC）结构，这本质上是铁素体的一种形式。
这种铁素体基体本质上比原始马氏体更软，因为其硬度的主要来源——晶格应变——已显著降低。
细小碳化物的形成
迁移的碳原子并不会消失。它们与铁原子结合形成新的、微观的碳化铁（Fe₃C）颗粒，也称为渗碳体。
最终的结构，称为回火马氏体，是一种复合材料：由细小弥散的非常坚硬的碳化物颗粒增强的较软铁素体基体。虽然这些碳化物增加了一些硬度，但消除内部晶格应力的总体效果是钢的总硬度净下降。
理解权衡：硬度与韧性
硬度和韧性之间的关系是热处理中最重要的概念。回火是故意权衡这一过程。
反比关系
对于给定的钢材，硬度和韧性通常成反比。当您回火钢以降低其硬度时，您几乎总是会增加其韧性，即材料吸收能量并变形而不发生断裂的能力。
用温度控制结果
回火温度是主要的控制变量。较高的回火温度提供更多的热能，允许更多的碳扩散，更多的应力消除，并形成更大的碳化物颗粒。
- 较低温度：导致硬度小幅下降，韧性显著提高。
- 较高温度：导致硬度大幅下降，韧性最大程度提高。
为您的目标做出正确选择
硬度和韧性的理想平衡完全取决于工具的预期应用。回火温度是专门为实现这种平衡而选择的。
- 如果您的主要关注点是极高的耐磨性和刃口保持性（例如，剃须刀片、锉刀）：使用低回火温度（约 200°C / 400°F），以保持最大硬度，同时仅消除足够的应力以防止崩刃。
- 如果您的主要关注点是硬度和抗冲击性的平衡（例如，刀具、凿子、斧头）：使用中等回火温度（260-340°C / 500-650°F），以获得良好的刃口保持性和承受中等冲击的韧性。
- 如果您的主要关注点是最大韧性和柔韧性（例如，弹簧、结构螺栓、剑）：使用高回火温度（450°C+ / 850°F+），以牺牲显著的硬度来换取弯曲、柔韧和吸收剧烈冲击而不折断的能力。
回火将钢从一种脆性奇物转变为现代世界多功能且可靠的基础。
总结表：
| 回火温度 | 对硬度的影响 | 对韧性的影响 | 理想应用 |
|---|---|---|---|
| 低（~200°C / 400°F） | 小幅下降 | 显著增加 | 剃须刀片、锉刀 |
| 中（260-340°C / 500-650°F） | 中度下降 | 高度增加 | 刀具、凿子、斧头 |
| 高（450°C+ / 850°F+） | 大幅下降 | 最大增加 | 弹簧、剑、螺栓 |
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