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（2）非正常组织
加热后因冷却速度过快，使过冷A在P的相变温度未及时转化接着又在贝氏体相变温度区域内发生转变而导致分布不均的块状组织。非正常组织会导致材料的硬度值偏高，使材料不符合其工作要求。
（3）硬度不均
钢材正火后的性能和组织取决于钢材的成分，冷却速度，钢材尺寸大小等各种因素。在钢材加热至奥氏体化后，拿出冷却。会因为冷却速度的不同，从而导致钢材各个部分硬度的不同，导致硬度不均。
所以有了等温正火工艺,等温正火能够控制相变。钢件加热至完全奥氏体化,然后迅速冷却到A1以下的珠光体相变转变温度等温,使得相变在等温温度下进行,避免出现带状组织超差、非平衡组织(包括ɑ-Fe魏氏体组织、马氏体组织、贝氏体组织)。为切削加工和渗碳淬火做组织和性能的准备。锻造用的毛坯使用普通正火工艺处理时,在冷却过程中,因为钢件堆放在空气中进行吹风加速冷却或自然冷却,位于钢件堆的中心和表面位置的不同钢件，它们的冷却速度不同,而钢件堆内部位置的钢件的冷却速度慢、散热条件变差。由于季节的变化,空气的流通情况也不同,其冷却速度也会不一样,加之钢件在一个很大的冷却温度范围内完成的连续冷却转变,从而获得的性能和显微组织也是不一样的。而处于钢件堆表面位置的齿坯的冷却速度比较快,散热条件比较好,奥氏体在珠光体相变的温度范围内没有完全转变,就降到了贝氏体相变温度范围,过冷奥氏体组织转变为贝氏体组织,就会促进非正常组织的形成,比如粒状贝氏体等。出现的非正常组织,会使硬度偏高甚至超高,硬度达到43HRC或者更高,这样就使切削加工非常困难,刀具易烧毁、磨损快。这不仅增加了工具的消耗而且严重的影响了零件的生产效率和加工质量。位于钢件堆内部的齿坯由于散热条件比较差,其冷却速度缓慢,就可能会出现正火后的带状组织超差[1]。
钢件在普通正火冷却时，因为钢件堆放在空气中进行吹风加速冷却或自然冷却，位于堆表面和中心的冷却速度是不同的，而且在季节变化时,空气的情况不同，其冷却速度就不一样，所以获得的显微组织和性能也是不一样的。一些钢件由于冷却速度较大，有可能局部或者全部获得非平衡组织，这不仅影响切削加工性能，而且也会改变钢件在渗碳淬火后的变形规律，因为变形过大而成为次品或废品。因此，需要用等温正火工艺来改善钢件的性能[2-5]。等温正火工艺与普通正火工艺相比有以下优点：(1)能有效控制冷却过程中的相变，避免带状组织和非正常组织的出现;(2)可获得较均匀的等轴状细P组织;(3)正火后的硬度可根据需要进行调节，且硬度波动范围较小;(4)该工艺处理的齿坯具有良好的切削加工性，可使渗碳或碳氮共渗齿轮热处理变形减小[5]。
普通正火加热温度一般为Ac3+(30—50)℃。该温度是奥氏体再结晶的温度,以此获得的晶粒会比较小,这有利于正火后获得珠光体和细晶粒的先共析铁素体,由于晶(相)解数量的增多,会提高处理后钢的强韧性。最终的热处理可以以这种性能的正火来确定,然而这不合适预先热处理作为改善切削加工性能,它既不易断屑,又增大了切削阻力。同时,由于奥氏体的均匀化程度也不足,加热温度的不高,不易形成均匀的显微组织。为此需要适当的提高加热温度,使奥氏体晶粒粗化和成分均匀化，从而提高过冷奥氏体的稳定性。在相同的冷却条件下,降低珠光体组织和先共析铁素体的形成温度,冷却后得到的细片状珠光体和块状铁素体组织。因此,近年来这一种类的钢件的正火加热温度比较传统的加热温度大幅度提高,达到了Ac3(100—150)℃。但由于高温奥氏体化冷却速度会较大，对贝氏体转变的动力学的影响比较小,既有硬度过高和“打刀”、“崩刃”等问题，又有贝氏体的形成。目前我国汽车齿轮用20CrMnT钢为主,Ti的加入使在这种钢虽细化了晶粒,但因为大颗粒的多棱角的TiN质点的析出,而成为疲劳断裂的纹源。为此,发达国家中禁止加入Ti在汽车的齿轮用钢中。得到以下结论,齿轮失效的主要原因是齿轮的芯部硬度较低和渗碳有效硬化层浅。而对20CrMnTi材料来讲,因其淬透性范围比较宽,当其淬透性为下限时,而模数大的后桥齿轮就会无法保证淬透性[1]。