正火、回火、退火、淬火之间存在显著差异，主要体现在工艺、材料组织变化以及材料性能改变结果等方面。
1. 工艺方面的差异：正火是把工件加热到 Ac3（Ac 指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，通常处于 727℃至 912℃区间）或者 Acm（Acm 是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线）之上 30 至 50℃，经过一段时间的保温，随后从炉中取出，在空气中或者通过喷水、喷雾、吹风等方式进行冷却的金属热处理工艺。回火处理指的是将经历过淬火硬化或者正常化处理的钢材，浸置于低于临界温度的环境中一段时间后，按照一定的速率冷却下来。退火是把金属加热到特定温度，并保持足够的时长，然后以适宜的速度冷却（往往是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或者 Ac1（过共析钢）以上，保温一段时间，促使其全部或者部分奥氏体化，接着以大于临界冷却速度的冷速迅速冷却到 Ms 以下（或者在 Ms 附近等温），从而进行马氏体（或者贝氏体）转变的热处理工艺。
2. 材料组织变化的不同：正火后的组织状况如下，亚共析钢是铁素体加上珠光体，共析钢为珠光体，过共析钢是珠光体加上二次渗碳体，并且呈不连续状态。低温回火会得到马氏体组织；中温回火得到的组织是回火托氏体；高温回火调质处理获得的是回火索氏体组织。退火能够细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。淬火使得过冷奥氏体发生马氏体或者贝氏体转变，得到马氏体或者贝氏体组织，最终获取以马氏体为主的不平衡组织（也可根据需求获得贝氏体或者保持单相奥氏体）。
3. 材料性能改变结果的差异：正火时，在稍快的冷却过程中能够使钢材的结晶晶粒细化，不但能够获得令人满意的强度，而且能够显著提高韧性（AKV 值），降低构件的开裂倾向。一些低合金热轧钢板、低合金钢锻件与铸造件经过正火处理后，材料的综合力学性能能够得到极大改善，同时也优化了切削性能。回火之后，将经过淬火及正常化处理的材料放回中温环境浸置（时效）一段时间，可以促使一部分碳化物析出，同时能够消除一部分因急速冷却所产生的残留应力，因此能够提升材料的韧性与柔性。退火能够降低硬度，改善切削加工性，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。使材料组织和成分均匀，改善材料性能或者为后续的热处理做好组织准备。淬火能够大幅度提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各类机械零件和工具的不同使用需求。也能够通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
正火、退火与淬火回火的主要区别在于冷却方式，正火和退火都需要长时间保温，而淬火回火则是借助冷却介质实现快速冷却。它们之间的联系在于都是对钢材进行加热和冷却，以获得相应的机械性能。
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