回火一般是熱處理的后一道工序。山西鍛件回火的目的如下：

1.消除或降低淬火、正火冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；

2.獲得穩(wěn)定的回火組織，達(dá)到所要求的硬度等機械性能技術(shù)指標(biāo)；

3.進一步去除鍛件內(nèi)的氫氣或使其分布更為合理；

4.如前所述進一步完成冷卻過程中的心部組織轉(zhuǎn)變。

對于一般焊接件、鑄鐵（鋼）件、以及被校直的零件，由于焊接、鑄造及機械加工和零件矯形后，均存在著較大的內(nèi)應(yīng)力。為了消除這些零、部件的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到穩(wěn)定形狀和幾何尺寸的目的，往往也要進行高溫同火處理。有些工廠將這類零部件的回火稱為人工時效處理，有時也稱為低溫退火。

為了滿足大鍛件不同的硬度等機械性能要求，淬火后需要選用不同的溫度回火。如要求HS90以上的髙硬冷軋工作輥，表面淬火后應(yīng)進行低溫回火（130~140℃）。要求HS45~69和HS70~85的冷軋輥，水淬或油淬后，很多是進行中溫回火（300~500℃）。一般結(jié)構(gòu)鋼大鍛件淬火或正火后應(yīng)進行達(dá)700℃的高溫回火，以達(dá)到高的綜合機械性能。

回火時的組織轉(zhuǎn)變。低碳鋼淬火后得到的馬氏體叫板條狀馬氏體。當(dāng)碳含于0.2%后,馬氏體的晶格才具有長方性。馬氏體內(nèi)的位錯密度很高，其密度與嚴(yán)重冷變形后的鐵相似。由于低碳鋼的馬氏體點較高，淬火時馬氏體中碳原子在冷卻過程中富集于位錯處。高碳鋼和一些鐵基合金，其馬氏體點較低，淬火后得片狀馬氏體，它由很細(xì)的間距的雙晶所組成，馬氏體片周圍有復(fù)雜的位錯排列。

中碳鋼淬火后形成上述二種馬氏體的混合物。回火過程中隨著溫度的升高相繼產(chǎn)生馬氏體的分解，殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，α相的回復(fù)和再結(jié)晶以及碳化物的球化和長大等轉(zhuǎn)變過程。

高硬冷軋工作輥為了保證具有高的硬度，必須在低于150℃溫度下進行回火。這時馬氏體產(chǎn)生兩相分解，形成含碳較低的馬氏體，即回火馬氏體。這時α固溶體仍具有長方性，析出的碳化物與母相（α固溶體）共格,從而產(chǎn)生較大的彈性晶格扭曲。當(dāng)碳鋼在150~300℃下回火時，產(chǎn)生馬氏體分解的第二階段，碳從固溶體中逐漸析出，使固溶體中的碳免繼續(xù)下降，與此同時還進行細(xì)的碳化物溶解與大的碳化物長大的過程。碳的析出起初很快，然后隨著時間的延長逐漸減慢，而對于一定回火溫度仍有一定量的碳存在于固溶體中。碳化物與母相仍保持著共格關(guān)系，但晶格扭曲比二相分解時要小些。

很多冷軋輥是進行300~500℃的中溫回火。這時，馬氏體的分解已基本完成，固溶體和碳化物的共格關(guān)系已經(jīng)破壞，固溶體產(chǎn)生回復(fù)，碳化物的長大更為顯著，形成所謂回火托氏體。

大部分大鍛件是進行500~700℃的高溫回火。這時，α固溶體進行充分的回復(fù)和再結(jié)晶，碳化物顯著地長大和聚集，形成所謂回火索氏體。

伴隨著這些回火轉(zhuǎn)變過程的進行，淬火鋼的硬度也產(chǎn)生變化。低溫回火后，硬度降低較少，高溫回火后硬度降低則非常顯著。

大多數(shù)合金元素能夠提離鋼的回火抗力，即在相同的回火工藝之下，碳含量相同的合金鋼比碳鋼具有高的強度和硬度。