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鍛件回火階段,碳化物轉變。在此溫度范圍，由于溫度較高，碳原子的擴散能力較強，鐵原子也恢復了擴散能力，馬氏體分解和殘余奧氏體分解析出的過渡碳化物將轉變為較穩定的滲碳體。隨著碳化物的析出和轉變，馬氏體中碳的質量分數不斷降低，馬氏體的晶格畸變消失，馬氏體轉變為鐵素體，得到鐵素體基體內分布著細小粒狀（或片狀）滲碳體的組織，該組織稱為回火托氏體。此階段淬火應力基本消除，硬度有所下降，塑性、韌性得到提高。建業鍛壓
鍛件回火階段,碳化物的聚集長大和鐵素體的再結晶。由于回火溫度已經很高，碳原子和鐵原子均具有較強的擴散能力，第三階段形成的滲碳體薄片將不斷球化并長大。在500-600℃以上時，α相逐漸發生再結晶，使鐵素體形態失去原來的板條狀或片狀，而形成多邊形晶粒。此時組織為鐵素體基體上分布著粒狀碳化物，該組織稱為回火索氏體。回火索氏體具有良好的綜合力學性能。此階段內應力和晶格畸變完全消除。
眾所周知，鋼中熱或冷卻時要發生膨脹或收縮；此外，相變時也有膨脹和收縮。鍛件在加熱或冷卻時，其內外不可能同時均勻地被加熱或冷卻，工件內外存在著溫差，從而引起比容差。同樣，工件在加熱或冷卻時，其心部和表面也不可能同時發生組織轉變，因而也引起比容差。這些比容差就是熱處理時產生內應力的主要原因。建業鍛壓
其中由工件內外溫差所引起的內應力稱為“熱應力”，而由工件內外組織轉變的時刻不同所引起的應力稱為“組織應力”，此外還有沿工件截面上的組織差異所引起的應力。
工件熱處理后的殘余內應力是上述幾種內應力的綜合作用結果。工件加熱時，加熱時間較長，有較充分的保溫時間，而且工件在高溫下具有良好的塑性，所以可以認為加熱時的熱應力和組織應力能夠通過鍛件中的塑性變形、回復與再結晶等過程松弛掉，因而可以認為熱處理后工件中剩下的僅僅是冷卻過程中的熱應力和組織應力的疊加結果。這樣，問題就簡便些了。
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