自由锻造钢在淬火条件下具有以下三个关键性能。
(一)结构特点
根据钢的尺寸、加热温度、时间、转变特点和冷却方式，淬火钢的组织必须由马氏体或马氏体+残余奥氏体组成，此外还可能存在少量未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下均处于亚稳定状态，并且倾​​向于转变为铁质加渗碳体的稳定状态。
(2)硬度特性
由碳原子引起的晶格畸变通过硬度来揭示，硬度随着过饱和度或碳含量的增加而增加。淬火组织硬度高，强度高，塑性好，韧性低。
(3)应力特性
包括微观应力和宏观应力，前者与碳原子引起的晶格畸变有关，特别是高碳马氏体达到很大值时，分析淬火马氏体处于紧张应力状态；后者是由于淬火时截面上形成的温差，使工件表面或中心的应力状态不同，有拉应力或压应力，在工件中保持平衡。淬硬钢件的内应力如不及时消除，会导致零件进一步变形，甚至开裂。
综上所述，淬火工件虽然硬度高、强度高，但拐点较大，组织不稳定，存在较大的淬火内应力，必须经过回火才能应用。一般来说，回火工序是钢材淬火的后续工序，也是热处理工序的最后一道工序，它赋予工件非常后的性能需求。
回火是将淬火钢加热到Ac1以下一定温度，保持一定时间，然后冷却至室温的过程。其重要目的是：
(1)合理调整钢材的硬度和强度，提高钢材的韧性，使工件满足使用要求；
(2)结构稳定，使工件在永久使用过程中不发生结构转变，从而稳定工件的样式和尺寸；
可以减少或消除工件的淬火内应力，以减少其变形，防止开裂。