火应力基本消除，硬度有所下降，塑性、韧性得到提高。
四、回火第四阶段（>400℃）－碳化物的聚集长大和铁素体的再结晶 由于回火温度已经很高，碳原子和铁原子均具有较强的扩散能力，第三阶段形成的渗碳体薄片将不断球化并长大。在500～600℃以上时，α相逐渐发生再结晶，使铁素体形态失去原来的板条状或片状，而形成多边形晶粒。此时组织为铁素体基体上分布着粒状碳化物，该组织称为回火索氏体。回火索氏体具有良好的综合力学性能。此阶段内应力和晶格畸变完全消除。
由图2-10可见，淬火钢随回火温度的升高，强度、硬度降低而塑性与韧性提高。
2.5.3 回火方法及其应用
回火是最终热处理。根据钢在回火后组织和性能的不同，按回火温度范围可将回火分为三种：低温回火、中温回火和高温回火。
一、低温回火
低温回火温度范围是250℃以下。经低温回火后组织为回火马氏体，保持了淬火组织的高硬度和耐磨性，降低了淬火应力，减小了钢的脆性。低温回火后硬度一般为58～62HRC。低温回火主要用于高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。
二、中温回火
中温回火温度范围是250～500℃。淬火钢经中温回火后组织为回火托氏体，大大降低了淬火应力，使工件获得了高的弹性极限和屈服强度，并具有一定的韧性。中温回火后硬度为35～50HRC。中温回火主要用于处理弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。有些受小能量多次冲击载荷的
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结构件，为了提高强度，增加小能量多冲抗力，也采用中温回火。
三、高温回火
高温回火温度范围是500℃以上。淬火钢经高温回火后组织为回火索氏体，淬火应力可完全消除，强度较高，有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能。高温回火后硬度为24～38HRC。工件淬火加高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理。高温回火主要用于处理轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。
调质处理可作为最终热处理，但由于调质处理后钢的硬度不高，便于切削加工，并能得到较好的表面质量，故也作为表面淬火和化学热处理的预备热处理。
2.6 钢的表面热处理与化学热处理
在生产中有些零件，如齿轮、花键轴、活塞销等，要求表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧性。在这种情况下，要达到上述要求，如果只从材料方面去解决是很困难的。如选用高碳钢，淬火后硬度虽然很高，但心部韧性不足；如采用低碳钢，虽然心部韧性好，但表面硬度低、耐磨性差。这时就需要对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述要求。 2.6.1 钢的表面热处理
表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。表面淬火是最常用的表面热处理。
表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲等交变载荷或在摩擦、冲击、接触应力大等工作条件下的使用寿命。它不改变工件表面化学成分，而是采用快速加热方式，使工件表层迅速奥氏体化，使心部仍处于临界点以下，并随之淬火，使表层硬化。依加热方法的不同，表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火及电解液加热表面淬火等。目前生产中应用最多的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。
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一、感应加热表面淬火
利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表层、局部或表面加热并进行快速冷却的淬火工艺，称为感应加热表面淬火。
1、感应加热的基本原理
一个线圈通以交流电，就会在线圈内部和周围产生一交变磁场。如将工件置于此交变磁场中，工件中将产生一交变感应电流，其频率与线圈中电流频率相同，在工件中形成一闭合回路，称为涡流在工件内的分布是不均匀的，表面密度大，心部密度小。通入线圈的电流频率越高，涡流就越集中于工作的表层，这种现象称为集肤效应。依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，使工件表面层淬硬，这就是感应加热表面淬火的基本原理，如图2-11所示。
2、感应加热表面淬火的特点
感应加热表面淬火与普通加热淬火相比有如下特点：
（1）加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。奥氏体晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使表层比一般淬火硬度高2～3HRC，且脆性较低。表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，提高了工件的疲劳强度。
（2）加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、自动化，适于大批生产。
（3）感应加热设备投资大，维修调试比较困难。 3、感应加热表面淬火的应用
感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳低合金钢制造的中小型工件的成批生产。淬火时工件表面加热深度主要取决于电流频率。生产上通过选择不同的电流频率来达到不同要求的淬硬层深度。
根据电流频率不同，感应加热表面淬火分为三类：高频加热、中频加热
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和工频加热。
表2-4为感应加热表面淬火的应用。
分类 频率范围/kHz 淬火深度/mm 适用范围 0.3～2.5 中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮 中频加热 1～10 工频加热 50 3～10 10～20 尺寸较大的轴类，大模数齿轮 大型（＞?300）零件表面淬火或棒料穿透加热
感应加热表面淬火后，需要进行低温回火，但回火温度比普通低温回火温度稍低，其目的是为了降低淬火应力。生产中有时采用自回火法，即当工件淬火冷至200℃左右时，停止喷水，利用工件中的余热达到回火的目的。
二、火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是利用氧－乙炔或其他可燃气燃烧的火焰对工件表层加热，随之快速冷却的淬火工艺，如图2-12所示。
火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2～6mm，若淬硬层过深，往往使工件表面严重过热，产生变形与裂纹。
火焰加热表面淬火操作简便，不需要特殊设备，成本低。但生产率低，工件表面容易过热，质量较难控制，因此使用受到一定限制。火焰加热表面淬火主要用于单件或小批生产的各种齿轮、轴轧辊等。 2.6.2 钢的化学热处理
钢的化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。这种热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。
化学热处理方法很多，通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得
高频加热 50～300 35