高温回火的温度一般为500-650℃。高温回火是指把零件淬火后，再加热到500~650℃，一般是加热到临界点的某一温度，保温一段时间后，以适当的速度冷却。高温回火得到铁素体+细粒状渗碳体的混合物，即回火索氏体组织。

高温回火一般用于淬火的后续处理，淬火+高温回火被称为调质处理，在工业生产中有广泛的应用，有利于彻底消除内应力，提高金属的塑性和韧性。

回火索氏体组织具有优良的综合力学性能，多用于结构零件淬火后的回火，如连杆、螺栓、齿轮及轴，淬火+高温回火的过程称为调质。

随着回火次数的增加，会减少渗碳层中的残留奥氏体量，从而在后续的淬火过程中得到更多的稳定碳化物和马氏体组织，提高渗碳层表面硬度。