球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開裂傾向小。另外對(duì)于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時(shí)也可采用球化退火。
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球化退火加熱溫度為ac1+(20～40)℃或acm-(20～30)℃，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時(shí)奧氏化是“不*”的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須*行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。