在冶金学中，回火工艺几乎专门应用于黑色金属合金——特别是那些经过预先硬化的钢和铸铁。虽然许多材料会经过各种热处理，但淬火后进行回火的特定顺序是钢铁加工的一个决定性特征。正是这种两步组合使得机械性能的精确定制成为可能。
核心原则是回火不是一个独立的过程。只有材料首先通过淬火硬化形成非常坚硬但脆性的内部结构后，才能对其进行回火。然后，回火会改变这种结构，以牺牲部分硬度为代价来获得必要的韧性。
回火的前提：淬透性
在材料可以回火之前，它必须以非常特定的方式具有“淬透性”。这种能力是整个过程的基础。
什么是硬化？
对于钢材而言，硬化涉及将金属加热到晶体结构发生变化的临界温度。然后将其快速冷却，或在水、油或空气等介质中淬火。
这种快速冷却将碳原子困在一个被称为马氏体的高度应力下的针状晶体结构中。
为什么硬化会产生脆性
马氏体非常坚硬且耐磨，但它也非常脆，并且由于其快速形成而存在显著的内部应力。
在这种状态下，钢材通常太脆，不适合大多数实际应用。冲击可能导致它像玻璃一样破碎，而不是弯曲或变形。回火是解决这个问题的必要方法。
碳的作用
钢材形成坚硬马氏体（即其回火能力）的能力与其含碳量直接相关。
通常，含碳量足够的钢材（通常高于 0.3%）可以有效地硬化并随后回火。低碳钢缺乏形成完全马氏体结构所需的碳，因此无法从该过程中受益。
常见的可以回火的材料
基于淬透性原理，可回火材料的清单几乎完全由特定的钢和铸铁组成。
碳钢和合金钢
这是最大和最常见的类别。该工艺对于制造各种产品至关重要。
示例包括工具钢、弹簧钢、冷加工钢以及用于结构部件、齿轮和轴的淬火和回火 (Q&T) 钢。添加铬、钼和镍等合金可以提高淬透性。
高合金钢和不锈钢
只有某些等级的不锈钢可以回火。马氏体不锈钢（如 410 或 440C）被设计为经过硬化和回火，以实现高强度和硬度，用于餐具、手术器械和阀门部件等应用。
相比之下，奥氏体不锈钢（如 304 或 316）具有不同的晶体结构，无法通过淬火硬化，因此不进行回火。
铸铁
某些铸铁合金，特别是那些具有合适化学成分和结构的铸铁，也可以进行硬化和回火。
这对于需要高耐磨性的部件很常见，例如重型机械或抗摩擦轴承的部件。
理解权衡：硬度与韧性
回火从根本上说是一种平衡行为。您获得的性能是回火温度控制下的直接权衡。
回火温度的影响
淬火后，将钢材重新加热到低于其临界硬化温度的温度，保持特定时间，然后冷却。
- 低温（例如 150-200°C / 300-400°F）： 这可以消除内部应力，同时硬度仅略有下降。结果是材料具有出色的耐磨性，但韧性有限。
- 高温（例如 500-650°C / 930-1200°F）： 这会显着提高韧性、延展性和抗冲击性，但代价是硬度和强度降低。
调整最终性能
这种关系使工程师和冶金学家能够为特定应用精确地“调整”所需的机械性能。刀具需要保持硬度，而结构螺栓需要韧性来承受冲击载荷。
通过仔细选择回火温度，可以使单一钢合金适应数十种不同的用途。
为您的目标做出正确的选择
回火的决定以及您选择的回火温度应完全由最终部件的预期功能驱动。
- 如果您的主要关注点是最大的硬度和耐磨性： 对用于刀具、锉刀或轴承表面的材料使用较低的回火温度。
- 如果您的主要关注点是最大的韧性和抗冲击性： 对用于结构应用、轴或必须承受冲击载荷的部件的材料使用较高的回火温度。
- 如果您的目标是平衡的特性： 选择中等范围的回火温度，以实现强度、硬度和延展性的多功能组合，适用于通用手工具或机械零件。
最终，回火是将硬化钢的原始、脆性强度转化为精炼且可靠的工程材料所必需的第二步。
摘要表：
| 材料类型 | 关键特性 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 碳钢和合金钢 | 含碳量 >0.3% 以形成马氏体 | 工具、弹簧、齿轮、结构部件 |
| 马氏体不锈钢 | 可通过淬火硬化 | 餐具、手术器械、阀门部件 |
| 某些铸铁 | 合适的化学成分 | 重型机械零件、耐磨部件 |
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