經過冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間。使形變晶粒重新轉變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝，稱為再結晶退火。再結晶退火的目的是消除冷作硬化，提高延展性（塑性），改善切削性能及壓延成型寧能。

再結晶退火在高于再結晶溫度下進行。再結晶溫度隨著合金成分及冷塑性變形量而有所變化。為產生再結晶所需的最小變形量稱為臨界變形量。鋼的臨界變形量為6%-10%。再結晶溫度隨變形量增加而降低，到一定值時不再變化。純金屬的再結晶溫度：鐵為450攝氏度，銅為270攝氏度，鋁為100攝氏度。一般鋼材再結晶退火溫度為650-700攝氏度，銅合金為600-700攝氏度，鋁合金為350-400攝氏度。

為了去除由于形變加工、鍛造、焊接等所引起的及逐漸內存在的殘余應力（但不引起組織的變化）而進行的退火，稱為去應力退火，由于材料成分、加工方法、內應力大小及分布不同，以及去除程度的不同，去應力退貨的加熱溫度范圍很寬，應根據具體情況決定。例如低碳結構鋼熱鍛后，如硬度不高，適于切削加工，可不進行正火，而在500攝氏度左右進行去應力退火；中碳結構鋼為避免調質時的淬火變形，需在切削加工或最終熱處理前進行500-650攝氏度的去應力退火；對切削加工量大，刀頭復雜而有要求太嚴格的刀具的、模具等，在粗加工及半精加工之間，淬火之前，常進行600-700攝氏度、2-4h的去應力退火；對經過索氏體化處理的彈簧鋼絲，在盤制成彈簧后，雖不經淬火回火處理，但應進行去應力退火，以防止制成成品后因應力狀態(tài)改變產生變形，常用溫度一般為250-350攝氏度，此時還可產生時效作用，使強度有所提高。鑄件由于鑄造應力的存在，可能發(fā)生幾何形狀不穩(wěn)定，甚至開裂；尤其在機械加工后，由于應力平衡的破壞，常會造成變形超差，使工件報廢，因此各類鑄件在機械加工前應進行消除應力處理。鋼鑄件去應力退火溫度不應太高，否則造成珠光體的石墨化。去應力退火后，均應緩慢冷卻，以免產生新的應力。