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 淬火鋼回火后的性能取決于它的內部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在100～250℃之間回火后能獲得較好的力學性能。合金結構鋼在200～700℃之間回火爐回火后的力學性能的典型變化如圖5所示。從圖5可以看出,隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強度σb單調下降；屈服強度σ0.3 先稍升高而后降低;斷面收縮率ψ 和伸長率δ 不斷改善；韌性(用斷裂韌度K1c為指標)總的趨勢是上升，但在300～400℃之間和500～550℃之間出現兩個極小值，相應地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因此，為了獲得良好的綜合力學性能，合金結構鋼往往在三個不同溫度范圍回火:超高強度鋼約在200～300℃；彈簧鋼在460℃附近；調質鋼在550～650℃回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強度,回火溫度一般不超過200℃。回火時具有次生硬化的合金結構鋼、模具鋼和高速 鋼等都在500～650℃范圍內回火。
回火脆性是回火爐回火中必須注意的問題：低溫回火脆性 許多合金鋼淬火成馬氏體后在250～400℃回火中發生的脆化現象。已經發生的脆化不能用重新加熱的方法消除，因此又稱為不可逆回火脆性。引起低溫回火脆性的原因已作了大量研究。普遍認為，淬火鋼在250～400℃范圍內回火時，滲碳體在原奧氏體晶界或在馬氏體界面上析出，形成薄殼，是導致低溫回火脆性的主要原因。鋼中加入一定量的硅，推遲回火時滲碳體的形成，可提高發生低溫回火脆性的溫度，所以含硅的超高強度鋼可在300～320℃回火而不發生脆化，有利于改進綜合力學性能。 　　
高溫回火脆性 許多合金鋼淬火后在500～550℃之間回火,或在600℃以上溫度回火后以緩慢的冷卻速度通過500～550℃區間時發生的脆化現象。如果重新加熱到 600℃以上溫度后快速冷卻，可以恢復韌性,因此又稱為可逆回火脆性。已經證明,鋼中P、Sn、Sb、As等雜質元素在500～550℃溫度向原奧氏體晶界偏聚，導致高溫回火脆性;Ni、Mn等元素可以和P、Sb等雜質元素發生晶界協同偏聚(cosegregation),Cr元素則又促進這種協同偏聚，所以這些元素都加劇鋼的高溫回火脆性。相反，鉬與磷交互作用，阻礙磷在晶界的偏聚，可以減輕高溫回火脆性。稀土元素也有類似的作用。鋼在 600℃以上溫度回火爐回火后快速冷卻可以抑止磷的偏析，在熱處理操作中常用來避免發生高溫回火脆性。