使钢中片状渗碳体转化为球(粒)状渗碳体的退火工艺。适用于碳含量在0.6％以上的高碳钢件，轴承钢、碳素工具钢和部分合金工具钢以及弹簧钢的一部分均属此类钢。球化退火通常施于毛坯锻造之后，切削加工和最终热处理之前。球化退火的作用和目的有：提高钢材的塑性和韧性、改善切削加工性能、减少淬火加热时的过热倾向和变形开裂倾向，使钢件具有足够的强度、硬度、耐磨性、抗接触疲劳性和断裂韧性。

机理

在高温条件下，碳原子溶解和扩散加速，按胶态平衡理论，钢中碳化物与周围固溶体浓度之间存在着平衡关系。碳化物不规则形状造成界面处曲率半径有大有小的状况，曲率半径较大的碳化物与固溶体平衡时，要求其浓度比较低，而曲率半径小的则需高浓度固溶体与其平衡。因此，就会出现固溶体中碳原子的浓度梯度并引起扩散、溶解和析出3个过程的连续进行，结果使曲率半径小的部位不断溶解，曲率半径大的部位不断析出，力求各部位曲率半径趋于一致。实际上，球化过程受到许多因素的影响，理想状态是很难实现的。钢中碳化物片内部存在着高密度位错壁，将碳化物分割成许多小区域，即亚晶。亚晶粒与固溶体界面处形成“凹坑”，使整个界面更为复杂，曲率半径的差别也增大了。与坑壁相邻的固溶体具有较大的溶解度，碳化物的溶解加快，凹坑加深，直至在该处断开将碳化物分成小块。在一些比较平直的界面处，则有碳原子不断供应而碳化物沿垂直界面方向长大，最后达到球形。在钢中不论片状渗碳体或网状渗碳体均可按此规律达到球化的目的。将钢件加热到相变温度以上，在珠光体和渗碳体转变成奥氏体的最初阶段，奥氏体的浓度是不均匀的，此种情况对球化过程是有利的。因此，球化退火的加热温度不宜过高，保温时间也不宜过长。但时间太短，转变尚未完成也是不利的。

分类

球化退火工艺有多种，最基本的是等温球化退火和周期球化退火。由于周期球化退火工艺上操作不便的原故，近年来出现了锯齿形周期球化退火工艺。这三种球化退火工艺示于图1、图2和图3。此外，尚有缓冷球化退火、感应加热球化退火、低温形变球化退火、高温形变球化退火和快速球化退火等工艺。