退火一般是把鋼加熱到高于臨界溫度約20～30℃，保溫一定時(shí)間，隨后使其隨爐緩冷到室溫。退火組織一般是鐵素體基體上分布碳化物，接近于平衡狀態(tài)組織。退火的目的在于降低鋼的硬度，使毛坯易于冷加工成形；消除鋼內(nèi)應(yīng)力；使鋼的化學(xué)成分均勻以及細(xì)化鋼的晶粒、改善鋼的組織，為后續(xù)加工工序做準(zhǔn)備。此外，常把某些低于臨界溫度的熱處理也稱做退火，例如除應(yīng)力退火、軟化退火或再結(jié)晶退火等。
退火工藝應(yīng)根據(jù)退火的目的來(lái)決定。退火成功與否幾乎完全取決于奧氏體的形成和均勻化，以及隨后緩慢冷卻時(shí)奧氏體在適當(dāng)過(guò)冷情況下的分解。
經(jīng)過(guò)熱加工（鍛軋）緩慢冷卻焉的鋼，其金相組織為鐵素體和碳化物的混合組織，其碳化物含量多少及分布情況一般決定于鋼的化學(xué)成分、停鍛或停軋溫度以及冷卻速度等。退火的允許加熱速度隨鋼的化學(xué)成分、原始組織的不同而變。通常，工模具鋼中合金元素導(dǎo)熱性較差，在低溫階段（600℃以下）必須緩慢升溫，大件還須均熱，整個(gè)加熱速度應(yīng)緩慢。
奧氏體形成的速度和成分的均勻程度決定了退火加熱溫度的高低和保溫時(shí)間的長(zhǎng)短。加熱溫度愈高、保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，則奧氏體形成愈快，成分也愈均勻。但要注意，加熱溫度愈高奧氏體的晶粒就會(huì)變得愈粗大，導(dǎo)致材料性能降低。奧氏體在高溫時(shí)的均勻程、晶粒大小以及是否有碳化物顆粒存在，對(duì)鋼的退火組織有決定性的影響。單相均勻的奧氏體緩冷后，除在晶界上出現(xiàn)數(shù)量不同的先共析鐵素體或碳化物外，晶粒內(nèi)部將為粗細(xì)不同的珠光體。如果奧氏體中有呈彌散狀態(tài)分布的碳化物顆粒存在，緩冷時(shí)又在略低于下臨界點(diǎn)保溫較長(zhǎng)時(shí)間，則將形成球狀滲碳體。高碳高鉻冷作模具鋼等高碳高合金鋼，由于其中的特殊碳化物十分穩(wěn)定，不易溶入奧氏體中，以致加熱溫度雖然高于Accm并保持較長(zhǎng)時(shí)間，以難以獲得單一的奧氏體組織。
工模具鋼退火最好在帶有保護(hù)氣氛的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行，以防止氧化或脫碳等現(xiàn)象的發(fā)生。先共析產(chǎn)物的多少和珠光體的粗細(xì)將影響模具鋼退火后的各種性能，所以模具鋼退火加熱保溫后的冷卻速度一定要進(jìn)行控制。在退火的正常緩冷條件下，冷卻速度愈快，奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度愈低，珠光體的片層也將隨轉(zhuǎn)變溫度的降低而變得細(xì)薄，先共析產(chǎn)物的數(shù)量也將隨冷卻速度的增加而減少。
1.完全退火與不完全退火
完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上，保溫足夠的時(shí)間，使組織完全轉(zhuǎn)變成奧氏體并使奧氏體均勻化或基本均勻，繼之以緩慢冷卻。完全退火的目的是使鋼件軟化，以便于以后的機(jī)械切削加工或塑性變形加工；使鋼的晶粒細(xì)化、消除內(nèi)應(yīng)力以及為淬火準(zhǔn)備適宜的組織。
為了達(dá)到上述目的，完全退火的加熱溫度通常規(guī)定為高于Ac3以上20～30℃。但工模具鋼中經(jīng)常含有鎢、鉻、鋁和釩等強(qiáng)碳化物形成元素，適當(dāng)?shù)靥岣邐W氏體化溫度可使它們所形成的碳化物能夠較快地溶入奧氏體中。
一般完全退火需時(shí)較長(zhǎng)。為了縮短工藝過(guò)程的時(shí)間，保溫后可盡快地把鋼件以退火加熱溫度降至稍低于下臨界溫度。此后，在珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)用適當(dāng)?shù)睦鋮s速度緩冷，轉(zhuǎn)變成符合要求的金相組織和性能。
對(duì)于亞共析鋼而言，不完全退火的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，而過(guò)共析鋼則在Ac1～Accm之間，通常稍高于下臨界溫度。
不完全退火與完全退火的區(qū)別在于前者只是部分的重結(jié)晶形成奧氏體，而后者則全部重結(jié)晶，完全轉(zhuǎn)變成奧氏體。不完全退火的目的與完全退火近似，但由于在加熱溫度下不能完全重結(jié)晶，所以細(xì)化晶粒方面不如完全退火的好。不完全退火的優(yōu)點(diǎn)是加熱溫度低，所以使用較廣。
2.等溫退火
這是工具鋼、合金鋼、其他自硬性高合金鋼等經(jīng)常采用的一種退火工藝方法，亞共析鋼加熱的Ac3以上，共析鋼和過(guò)共析鋼加熱到Ac1以上保持一定時(shí)間，其特點(diǎn)是奧氏體化以后不是隨爐冷卻，而是速度降到適當(dāng)溫度（稍高于奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的鼻尖溫度）保溫，使奧氏體在這個(gè)溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，當(dāng)轉(zhuǎn)變完成后，即可從爐中取出空冷，形成珠光體及碳化物。等溫退火也可用來(lái)防止鋼中白點(diǎn)的形成。對(duì)于合金模具鋼，特別是在大批量生產(chǎn)條件下，采用等溫退火不但方便、易行，可以縮短生產(chǎn)周期，而且過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變所形成的組織比較均勻。在等溫過(guò)程中奧氏體將隨所采用等溫溫度的高低而轉(zhuǎn)變成所需的層片厚薄適宜的珠光體或珠化體。
等溫退火的加熱奧氏體化溫度較高時(shí)可以促進(jìn)形成層狀組織；奧氏體化溫度較低時(shí)容易得到球化體。奧氏體化后鋼的等溫溫度應(yīng)根據(jù)最終所欲獲得的性能，從該鋼種的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變上來(lái)確定。所以，為了得到最軟的組織，可采用較低的奧氏體化溫度和較高的等溫溫度。許多鋼種在盡可能低的奧氏體化溫度（稍高于Ac1）及盡可能高的等溫溫度進(jìn)行等溫退火時(shí)，有使?jié)B碳體球化的效果，因此等溫退火和球化退火合二為一，俗稱等溫球化退火。為保證過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變完全，鋼在等溫溫度所保持的時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)于等溫轉(zhuǎn)變圖上所標(biāo)明的時(shí)間。尤其是截面較大的鋼材更應(yīng)如此，因?yàn)閺膴W氏體化溫度冷卻時(shí)必須有一段時(shí)間，鋼的心部才能冷至等溫溫度。
對(duì)于模具用合金滲碳鋼，也可以用比滲碳溫度略高一些的溫度（930～940℃）進(jìn)行等溫退火。等溫轉(zhuǎn)變溫度為610～680℃，轉(zhuǎn)變時(shí)間為2～4h，得到的組織是鐵素體和珠光體。這種處理可以最大限度減少滲碳過(guò)程中可能發(fā)生的任何變形，能滿足大多數(shù)切削加工工藝的要求。
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