擴散退火又稱均勻化退火。

在略低於固相線溫度長期保溫的處理方法。減輕或消除鋼錠、鑄件、鋼坯化學成分及顯微組織偏析使其均勻化。高合金鋼應用更為普遍，鋼的擴散退火溫度高於Ac3，在1100~1200℃之間，退火時間長且依工件截面厚度而定。由於溫度高、時間長、成本高。對於鋼件而言，擴散退火對其宏觀偏析和夾雜物分佈的改善不起作用。鋼錠開坯後鍛軋加熱時，適當延長保溫時間，能收到擴散退火以消除應力的作用。大多數有色金屬在擴散退火的加熱過程中不發生固態相變。應用時須相應考慮奧氏體晶粒細化和鋼的氧化和脫碳問題。為了改善或消除在冶金過程中形成的成分不均勻性而實行的退火稱為擴散速火。擴散退火的工藝過程是在適當的加熱溫度下長時間保溫，然後再緩慢的冷卻到室溫。透過擴散退火可以使在高溫下固溶於鋼中的有害氣體（主要是氫）脫溶析出，這時稱為脫氫退火。擴散退火也可以將金屬及其合金加熱到接近或低於固相線的較高溫度下長期保溫，井用一定的速度冷卻，可以改善或消除鑄件中的枝晶偏析、軋材中的帶狀偏析。因此，這種退火也稱為均勻化退火。透過退火改善鋼的成分及其均勻性，必要的條件是一定的加熱溫度及足夠長的保溫時間。顯然，這些參量都直接關係到固溶體對溶質元素的溶解度、以及溶質原子在基體中的擴散速度和擴散過程進行的程度。