将钢中珠光体内的片层状渗碳体和先共析渗碳体转化为均匀分布于铁素体基体上的球状或粒状碳化物以获得球状珠光体的热处理方法，是不完全退火的一种。因为片状渗碳体表面积大，处于不稳定状态，硬度比较高，切削加工后零件的表面粗糙度高，淬火过程中工件容易变形和开裂。而球状碳化物有最小界面，能量最低，处于稳定的平衡状态，硬度低，切削性能好，韧性高，冷加工能力大，淬火时工件不易变形和开裂。因此，碳素工具钢、一部分合金工具钢和滚珠轴承钢钢材都应经过球化退火才能交货。根据钢种和退火目的，球化退火可分以下几种：

(1)普通球化退火，即将钢加热到730～740℃保温足够时间，然后以小于20℃／h的速度缓冷到650℃出炉。这种退火工艺适用于共析成分附近的碳素工具钢。

(2)周期球化退火，也叫循环退火。它是在A。点附近的温度反复进行加热和冷却，一般进行3～4个周期，使片状珠光体在几次溶解一析出的反复过程中，碳化物得以球化。该工艺生产周期较长，操作不方便，难以控制，适用于片状珠光体比较严重的钢。

(3)等温球化退火。一般加热到800±l0℃，保温后快冷到700±10℃(A₁附近)再进行较长时间保温，之后，以30～50℃／h的速度冷却到600℃出炉。一般轴承钢多采用此工艺。

(4)变形-球化退火。将塑性变形与球化退火工艺结合在一起，由于塑性变形的作用，钢内位错密度和畸变能增加，促使片状碳化物在退火时加速溶断和球化，从而加快球化速度，缩短球化退火时间。根据变形制度的不同，又可分为：(1)将钢材加热到A_cm和A_c1，之间的温度进行塑性变形，然后冷却到稍低于A_c1，温度进行球化退火；(2)钢材在高温终轧后快冷到一定温度后直接进行等温处理的球化退火；(3)钢材冷变形后加热到稍低于A_c1，温度而进行的球化退火。

球化退火的加热温度是影响球化程度完全与否的关键因素。加热温度选择合适，既能保证片状珠光体消失，又能保留一部分未完全溶于奥氏体的碳化物，作为球化核心，最终形成较粗大的颗粒状碳化物的正常球化组织。奥氏体化温度很高时，碳化物全部溶解并均匀化，冷却后总是得到片状球光体。冷却速度直接影响状碳化物颗粒的大小和均匀性。冷却太快，碳化物颗粒太细，并有形成片状碳化物的可能，使硬度偏高。冷却过慢时碳化物颗粒又过于粗大。

球化前的珠光体细薄、碳化物细小而分散时，经形变热处理而得到的退化珠光体组织等最易于球化，并能缩短球化时间，提高球化质量和钢的疲劳寿命。