回火温度选择是球磨机衬板性能工艺优化的核心。低温回火(150-250℃)主要消除淬火应力，保持高硬度但韧性有限。中温回火(350-500℃)可获得更佳的强韧性配合，适合承受冲击的衬板。高温回火(500-650℃)优先提升韧性和尺寸稳定性，但硬度有所牺牲。针对不同工况需求，可采用分级回火工艺，如先高温后低温，兼顾芯部韧性和表面硬度。的测温控温系统是提升回火效果的基础。
回火时间需与材料厚度和成分匹配。经验法则是每25mm厚度保温1小时，但合金钢需要更长时间提升充分转变。残余奥氏体的分解需要足够时间，过快冷却可能导致二次硬化不足。对于大型衬板，需考虑截面温差，必要时采用分段保温。回火脆性区的规避也很重要，某些合金钢在特定温度范围停留会急剧脆化，需快速通过该区间。
冷却速率控制影响其性能。空冷可获得均衡性能，但厚大件可能心部冷却不足。油冷或水冷能抑制杂质元素偏聚，但增加变形风险。等温回火工艺在特定温度保持，使组织充分稳定化。后续去应力退火可进一步释放残余应力，提高尺寸稳定性。冷却过程的气氛控制同样关键，防止表面氧化或脱碳。
