3.4　钢的回火

将淬火钢重新加热到A₁点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。

淬火处理所获得的M_淬+A_残，组织不稳定，性能很硬且脆，并存在很大的内应力，容易变形和开裂。因此，钢淬火后必须要进行回火处理。

3.4.1　回火的目的

①获得工件所需的组织和性能。通过回火可提高钢的韧性，适当调整组织和改善钢的性能，满足工件所需使用性能和寿命。

②稳定组织和尺寸。通过回火可使淬火组织转变为稳定组织，从而保证工件在使用过程中不再发生形状和尺寸的改变。

③消除淬火内应力、防止工件变形和开裂。

3.4.2　淬火钢的回火转变

淬火处理所获得的M_淬+A_残，都是不稳定组织，都有自发向稳定组织转变的趋势。回火是提供温度环境，控制组织转变过程和结果，使钢件满足性能要求的工艺。按照加热温度的不同，淬火钢的组织转变可分为四个阶段。

回火第一阶段（≤200℃）：马氏体分解。当回火温度达100℃以上时，马氏体中过饱和的碳原子以ε碳化物形式析出，碳的析出降低了M中碳的过饱和度，晶格畸变也随之减小。在这一温度较低的阶段，原子运动能力较低，马氏体中分解析出的碳原子很有限。在回火的第一阶段中钢的硬度并不降低，但由于ε碳化物的析出，晶格畸变降低，淬火内应力有所减小。这种组织为：M+碳化物→回火M。

回火第二阶段（200～300℃）：残余A的转变。A_残在200℃开始转变，至300℃基本结束，A_残转变为下贝氏体的同时，M还在继续分解，M继续分解会使钢的硬度降低，但由于较软的A_残转变成较硬的下贝氏体，因此钢的硬度并没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。

回火第三阶段（300～400℃）：碳化物的转变。温度超过300℃继续升高，碳原子从过饱和α固溶体中继续析出，同时ε碳化物也逐渐变为与α固溶体不再有晶格联系的渗碳体（Fe₃C），α固溶体中含碳量几乎已是平衡含碳量。经过第三阶段以后，钢的组织由铁素体和颗粒状渗碳体所组成，钢的硬度降低、塑性和韧性提高，淬火应力到此基本消除。这种组织为：F+Fe₃C细粒→回火T。

回火第四阶段（>400℃）：渗碳体聚集长大。在第三阶段后，温度继续升高时，混合组织中的细粒状铁素体的颗粒度也随之长大，组织已是在铁素体基体上分布着球粒状的渗碳体。钢的硬度继续降低、塑性和韧性显著提高，淬火应力完全消除。如图3-20所示为回火温度与淬火钢的组织变化关系。这种组织为：F+Fe₃C粗粒→回火S。淬火钢回火后的显微组织如图3-21所示。

3.4.3　回火的种类及应用

决定钢回火后的组织、性能的主因素是：回火温度。回火温度根据工件要求的力学性能来选择。

（1）低温回火（150～250℃）

淬火后低温回火，所得组织为回火马氏体；能保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂刀具或过早损坏。它主要用于高碳钢的切削刀具、量具、冷冲模具、滚动轴承等。硬度一般为58～64HRC。

（2）中温回火（350～500℃）

淬火后中温回火，所得组织为回火托氏体；可获得较高的屈服强度、弹性极限、韧性，主要用于处理各种弹簧和热锻模等；硬度一般为40～50HRC。

（3）高温回火（500～650℃）

淬火后高温回火，所得组织为回火索氏体；可获得强度、硬度和塑性、韧性都较好的综合力学性能。

淬火和高温回火相结合的热处理称为调质。调质处理广泛用于重要的结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类等。硬度一般为25～40HRC。

如表3-5所示，钢经正火后和调质处理后的硬度值接近，但为什么主要的零件一般都选用调质处理而不采用正火？这是由于调质处理后的组织为回火索氏体，而正火所得到的索氏体中渗碳体呈片状；调质钢不仅硬度高，且塑性与韧性也高于正火状态。

调质处理一般作为最终热处理，但也可以作为表面淬火和化学热处理的预先热处理。为了保持淬火后的高硬度及尺寸稳定性，淬火后又可进行时效处理（温度低于低温回火温度）。