认为回火会提高硬度是一个关键且常见的误解。事实恰恰相反：回火是在初始淬火之后进行的工艺，目的是降低硬度并释放内应力。降低硬度是一种故意的权衡，以换取韧性的巨大提高，从而将钢从脆性、玻璃状状态转变为有弹性的、可用的材料。
热处理的核心目的不仅仅是使钢变硬，而是实现性能的精确平衡。回火是关键的第二步，它牺牲了淬火所获得的极端、不可用硬度的一小部分，以换取实际应用所需的韧性。
两步法：淬火与回火
要理解回火，首先必须了解它所遵循的工艺：淬火。钢的最终性能是这种基本两阶段处理的结果。
第一步：淬火（产生最大硬度）
第一步是将钢加热到高温（称为奥氏体化），然后非常快速地冷却，通常是通过将其浸入水或油中。这称为淬火。
这种快速冷却将碳原子困在铁的晶体结构中，迫使其形成高度拉伸、扭曲的排列，称为马氏体。
马氏体非常坚硬，因为被困住的碳原子阻止了晶面相互滑动。然而，这种结构承受着巨大的内部应力，使其极其脆。一块淬火后的高碳钢如果掉落，可能会像玻璃一样破碎。
纯马氏体的问题
虽然马氏体在硬度表上显示出极高的数值，但其脆性使其几乎不适用于任何实际用途。
由纯马氏体制成的工具，如刀或凿子，在没有碎裂的情况下无法磨利，并且在第一次使用时就会断裂。它具有硬度，但没有韧性——吸收能量而不发生断裂的能力。
第二步：回火（用韧性换取硬度）
这就是回火发挥作用的地方。将淬火后的脆性钢小心地重新加热到远低于其淬火温度的温度（通常在 150°C 至 650°C 或 300°F 至 1200°F 之间）。
这种温和的再加热为被困的碳原子提供了足够的能量使其移动。它们从拉伸的马氏体结构中迁移出来，形成微小的、分布均匀的碳化铁颗粒，最常见的是渗碳体 (Fe₃C)。
这种迁移有两个深远的影响：它极大地释放了马氏体晶格的内部应力，并使结构变得稍微更具延展性。结果是一种称为回火马氏体的新微观结构。
理解权衡：回火曲线
回火的关键在于最终性能直接受回火温度控制。较高的温度允许更多的碳析出并释放更多的应力，从而得到更软但更坚韧的最终产品。
低温回火（约 150-200°C / 300-400°F）
此过程仅略微降低硬度，但能关键性地提高韧性，释放淬火带来的最极端应力。
它用于需要最大硬度和耐磨性的工具，例如剃刀片、锉刀和滚珠轴承，在这些应用中，韧性的轻微增加足以防止灾难性失效。
中温回火（约 300-500°C / 570-930°F）
在这里，硬度会更显著地下降，以换取韧性和强度的显著增加。
这个范围非常适合必须承受冲击和弯曲的工具，例如锤子、凿子、斧头和弹簧。材料仍然非常坚硬，但现在具有吸收冲击的弹性。
高温回火（约 500-650°C / 930-1200°F）
这会带来最低的硬度，但最高的延展性和韧性。钢的脆性会大大降低，在断裂前可以承受显著的冲击和塑性变形。
这用于韧性是最关键性能的应用，例如结构螺栓、车辆车轴和必须承受高应力和疲劳的轴。
根据应用匹配处理
如何回火的决定始终取决于部件的预期用途。您正在为特定工作定制钢的微观结构。
- 如果您的主要关注点是最大硬度和耐磨性： 需要低温回火，以尽可能多地保留马氏体硬度，同时仅释放最严重的内部应力。
- 如果您的主要关注点是强度和抗冲击性的平衡： 中温回火为许多常见工具提供了所需的多功能性，这些工具必须既坚硬又坚韧。
- 如果您的主要关注点是最大韧性和延展性： 高温回火对于制造能够安全吸收冲击和疲劳而不会断裂的部件至关重要。
最终，回火是冶金学家将脆性、不可用的材料转变为具有可预测和可靠的性能平衡的精确工程部件的关键工具。
总结表：
| 回火温度 | 对硬度的主要影响 | 对韧性的主要影响 | 常见应用 |
|---|---|---|---|
| 低温 (150-200°C / 300-400°F) | 轻微降低 | 轻微增加 | 剃刀片、锉刀、滚珠轴承 |
| 中温 (300-500°C / 570-930°F) | 中度降低 | 显著增加 | 锤子、凿子、斧头、弹簧 |
| 高温 (500-650°C / 930-1200°F) | 显著降低 | 最大增加 | 结构螺栓、车辆车轴、轴 |
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