模具球化退火最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到临界相变点AC1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于临界相变点Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢。其主要目的在于降低硬度，改善可加工性，并为以后淬火作好组织准备。