退火一般是把鋼加熱到高于臨界溫度約20～30℃，保溫一定時間，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；消除鋼內應力；使鋼的化學成分均勻以及細化鋼的晶粒、改善鋼的組織，為后續加工工序做準備。此外，常把某些低于臨界溫度的熱處理也稱做退火，例如除應力退火、軟化退火或再結晶退火等。
退火工藝應根據退火的目的來決定。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奧氏體在適當過冷情況下的分解。
經過熱加工（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成分、原始組織的不同而變。通常，工模具鋼中合金元素導熱性較差，在低溫階段（600℃以下）必須緩慢升溫，大件還須均熱，整個加熱速度應緩慢。
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間的長短。加熱溫度愈高、保溫時間愈長，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變得愈粗大，導致材料性能降低。奧氏體在高溫時的均勻程、晶粒大小以及是否有碳化物顆粒存在，對鋼的退火組織有決定性的影響。單相均勻的奧氏體緩冷后，除在晶界上出現數量不同的先共析鐵素體或碳化物外，晶粒內部將為粗細不同的珠光體。如果奧氏體中有呈彌散狀態分布的碳化物顆粒存在，緩冷時又在略低于下臨界點保溫較長時間，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并保持較長時間，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氣氛的熱處理爐內進行，以防止氧化或脫碳等現象的發生。先共析產物的多少和珠光體的粗細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，奧氏體的轉變溫度愈低，珠光體的片層也將隨轉變溫度的降低而變得細薄，先共析產物的數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，保溫足夠的時間，使組織完全轉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，以便于以后的機械切削加工或塑性變形加工；使鋼的晶粒細化、消除內應力以及為淬火準備適宜的組織。
為了達到上述目的，完全退火的加熱溫度通常規定為高于Ac3以上20～30℃。但工模具鋼中經常含有鎢、鉻、鋁和釩等強碳化物形成元素，適當地提高奧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。
一般完全退火需時較長。為了縮短工藝過程的時間，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，在珠光體轉變溫度范圍內用適當的冷卻速度緩冷，轉變成符合要求的金相組織和性能。
對于亞共析鋼而言，不完全退火的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，而過共析鋼則在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別在于前者只是部分的重結晶形成奧氏體，而后者則全部重結晶，完全轉變成奧氏體。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晶，所以細化晶粒方面不如完全退火的好。不完全退火的優點是加熱溫度低，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，共析鋼和過共析鋼加熱到Ac1以上保持一定時間，其特點是奧氏體化以后不是隨爐冷卻，而是速度降到適當溫度（稍高于奧氏體等溫轉變圖的鼻尖溫度）保溫，使奧氏體在這個溫度下進行等溫轉變，當轉變完成后，即可從爐中取出空冷，形成珠光體及碳化物。等溫退火也可用來防止鋼中白點的形成。對于合金模具鋼，特別是在大批量生產條件下，采用等溫退火不但方便、易行，可以縮短生產周期，而且過冷奧氏體等溫轉變所形成的組織比較均勻。在等溫過程中奧氏體將隨所采用等溫溫度的高低而轉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可以促進形成層狀組織；奧氏體化溫度較低時容易得到球化體。奧氏體化后鋼的等溫溫度應根據最終所欲獲得的性能，從該鋼種的奧氏體等溫轉變上來確定。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行等溫退火時，有使滲碳體球化的效果，因此等溫退火和球化退火合二為一，俗稱等溫球化退火。為保證過冷奧氏體的轉變完全，鋼在等溫溫度所保持的時間應長于等溫轉變圖上所標明的時間。尤其是截面較大的鋼材更應如此，因為從奧氏體化溫度冷卻時必須有一段時間，鋼的心部才能冷至等溫溫度。
對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℃）進行等溫退火。等溫轉變溫度為610～680℃，轉變時間為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程中可能發生的任何變形，能滿足大多數切削加工工藝的要求。
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