鍛件淬火之后，其中的馬氏體與殘余奧氏體都是不穩定的組織，它們有自發向穩定組織轉變的趨勢，如馬氏體中過飽和的碳要析出、殘余奧氏體要分解等。為了促進這種轉變，可進行回火。回火是一個由非平衡組織向平衡組織轉變的過程，這個過程是依靠原子的遷移和擴散進行的。冋火溫度越高，擴散速度就越快；反之，擴敗速度就越慢。
鍛件隨著回火溫度的升高，淬火組織將發生一系列變化。根據組織轉變的情況，回火一般分為4個階段：馬氏體分解、殘余奧氏體分解、碳化物轉變、碳化物的聚集長大和鐵素體的再結晶。具體為：
(1)鍛件回火第一階段（≤200℃)——馬氏體分解。在80℃以下溫度回火時，淬火鋼沒有明S的組織轉變，此時只發生馬氏體中碳的偏聚，而沒有開始分解。在80-200℃回火時，馬氏體開始分解，析出極細微的碳化物，使馬氏體中碳的質量分數降低。
鍛件在這一階段中，由于回火溫度較低，馬氏體中僅析出了一部分過飽和的碳原子，所以它仍是碳在a-Fe中的過飽和固溶體。析出的極細微碳化物均勻分布在馬氏體基體上。這種過飽和度較低的馬氏體和極細微碳化物的混合組織稱為回火馬氏體。
(2)鍛件回火第二階段（200-300℃)——殘余奧氏體分解。當溫度升至200-300℃時，馬氏體分解繼續進行，但占主導地位的轉變已是殘余奧氏體的分解過程了。殘余奧氏體分解是通過碳原子的擴敗先形成偏聚區，進而分解為α相和碳化物的混合組織，即形成下貝氏體。此階段鋼的硬度沒有明顯降低。
(3)鍛件回火第三階段（250-400℃）——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。
(4)鍛件回火第四階段（＞400℃）——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。
