淬火不能最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內應力，得到不同強度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經回火，是為了使工件獲得良好的使用性能，以充發揮材料的潛力。淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝�；鼗饻囟鹊倪x取完全依據工模具零件要求的力學性能而定。如：冷作模具通過淬火加低溫回火可以提高硬度和耐磨性；彈簧鋼通過淬火加中溫回火可以顯著提高彈性極限。

回火效果不僅取決于回火溫度，還與回火時間有關，而回火溫度要比回火時間的影響大很多�；鼗饻囟缺仨氃贏₁以下，一般回火溫度愈高，硬度和強度愈低，而塑性、韌性愈大。高合金鋼（如Cr12、Cr12MoV、3Cr2W8V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2），當回火溫度為500～600℃時，出現二次硬化，使硬度明顯上升，回火時要進行緩冷（空冷），若快冷易產生回火裂紋，回火一般應在淬火后60min內盡快進行，必須保證足夠的回火時間，5CrMnMo、5CrNiMo熱鍛模淬火時，油冷至150～200℃就應馬上回火，如果冷卻到較低溫度或長時間停留不回火，模具會在應力集中處產生裂紋；回火必須避開回火脆性區。

（1）低溫回火。低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，其目的是在盡可能保留高硬度的條件下，消除或除低淬火應力，恢復一定的韌性而不致過脆，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強度和良好耐磨性，又適當提高了韌性。工模具鋼的回火時間由工件大小而定，一般不少于1h，硬度為58～64HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。

（2）中溫回火。中溫回火（350～500℃），組織為回火托氏體，對于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當于回火的第三階段，此時碳化物開始聚集，基體開始回復，淬火應力基本消失。硬度為35～50HRC，使淬火鋼既有一定的強度和彈性，又有足夠的韌性和塑性，主要用于彈性件及受沖擊的模具零件采用。

（3）高溫回火。高溫回火一般為500～650℃之間或更高些，組織為回火索氏體，硬度為200～330HBW，目的是調整鋼的強韌性，使綜合力學性能達到最佳的配合，廣泛用于各種重要結構件。通常在工業上將鋼件經淬火+高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質。經調質處理后，鋼具有優良的綜合力學性能。調質作為預先熱處理時，改善工件的可加工性，也為后續工序的表面淬火，滲氮等作組織準備。因此，高溫回火主要適用于中碳結構鋼或低合金結構鋼，用來制作汽車、拖拉機、機床等承受較大載荷的結構零件，如曲軸、連桿、螺栓、機械主軸及齒輪等重要的機器零件。此外，對某些高合金鋼可獲得二次硬化效果，提高硬度、耐磨性和尺寸穩定性，消除殘留奧氏體。熱作和塑料模具零件采用高溫回火，目的是提高在模具工作溫度下韌性和耐磨性。

（4）回火溫度與保溫時間的選擇。采用強烈冷卻的淬火介質（如鹽水、堿水等）的模具，回火溫度可取上限；分級淬火的模具，回火溫度應取下限；淬火時，若模具出油溫度高于Ms點，回火溫度應取下限；裝箱木炭保護淬火的模具，表面常有滲碳現象，使得模具具有較大的回火穩定性，回火溫度應適當提高一些；井式電爐回火溫度應比箱式電爐低一些，浴爐回火也應取下限。

通常規定保溫時間要充分，最短不得少于1h，保溫不足往往造成不良后果，有時需要兩次或多次回火。尤其是快速回火、余熱回火（自回火）、局部回火等要注意回火的充分性，單純為縮短時間而損失質量，是不可取的。高速鋼或高合金模具鋼有二次硬化效應，必須反復回火2～4次。

回火后的冷卻，一般均取空冷。含Mo的模具鋼不必擔心回火脆性發生。緩慢冷卻效果更好，因為細微的二次碳化物在此過程中析出。