除了可鍛鑄鐵球墨鑄鐵退火將滲碳體分解為團絮狀石墨外，鑄鐵的熱處理目的在于兩方面：一是改變基體組織，改善鑄鐵性能，二是消除鑄件應力。值得注意的是：鑄件的熱處理不能改變鑄件原來的石墨形態及分布，即原來是片狀或球狀的石墨熱處理后仍為片狀或球狀，同時它的尺寸不會變化，分布狀況不會變化。
一、時效
鑄造過程中鑄鐵件由表及里冷卻速度不一樣，形成鑄造內應力，若不消除，在切削加工及使用過程中它會使零件變形甚至開裂。為釋放應力常采用人工時效及自然時效兩種辦法。將鑄件加熱到大約500~560℃保溫一定時間，接著隨爐冷取出鑄件空冷，這種時效為人工時效；自然時效是將鑄鐵件存放在室外6~18個月，讓應力自然釋放，這種時效可將應力部分釋放，但因用的時間長，效率低，已不太采用。
二、改善鑄鐵件整體性能為目的熱處理
為改善鑄鐵件整體性能常有消除白口退火，提高韌性的球墨鑄鐵退火，提高球墨鑄鐵強度的正火、淬火等。
1.消除白口退火
普通灰口鑄鐵或球墨鑄件表面或薄壁處在鑄造過程中因冷卻速度過快出現白口，鑄鐵件無法切削加工。為消除白口降低硬度常將這類鑄鐵件重新加熱到共析溫度以上(通常880～900℃)，并保溫1～2h（若鑄鐵Si含量高，時間可短）進行退火，滲碳體分解為石墨，再將鑄鐵件緩慢冷卻至400℃-500℃出爐空冷。在溫度700-780℃，即共析溫度附近不宜冷速太慢，以便滲碳體過多的轉變為石墨，降低了鑄鐵件強度。
2.提高韌性的球墨鑄鐵退火
球墨鑄鐵在鑄造過程中此普通灰口鑄鐵的白口傾向大，內應力也較大，鑄鐵件很難得到純粹的鐵素體或珠光體基體，為提高鑄鐵件的延性或韌性，常將鑄鐵件重新加熱到900-950℃并保溫足夠時間進行高溫退火，再爐冷到600℃出爐變冷。過程中基體中的滲碳體分解出石墨，自奧氏體中析出石墨，這些石墨集聚于原球狀石墨周圍，基體全轉換為鐵素體。
若鑄態組織由(鐵素體＋珠光體)基體，以及球狀石墨組成，為提高韌性，只需將珠光體中滲碳體分解轉換為鐵素體及球狀石墨，為此將鑄鐵件重新加熱到700-760℃的共析溫度上下經保溫后爐冷至600℃出爐變冷。
3.提高球墨鑄鐵強度的正火
球墨鑄鐵正火的目的是將基體組織轉換為細的珠光體組織。工藝過程是將基體為鐵素體及珠光體的球墨鑄鐵件重新加熱到850-900℃溫度，原鐵素體及珠光體轉換為奧氏體，并有部分球狀石墨溶解于奧氏體，經保溫后空冷奧氏體轉變為細珠光體，因此鑄件的強度提高。
4.球墨鑄鐵的淬火并回火處理
球墨鑄造件作為軸承需要更高的硬度，常將鑄鐵件淬火并低溫回火處理。工藝是：鑄件加熱到860-900℃的溫度，保溫讓原基體全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實現淬火，后經250-350℃加熱保溫回火，原基體轉換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，原球狀石墨形態不變。處理后的鑄件具有高的硬度及一定韌性，保留了石墨的潤滑性能，耐磨性能更為改善。
球墨鑄鐵件作為軸類件，如柴油機的曲軸、連桿，要求強度高同時韌性較好的綜合機械械性能，對鑄鐵件進行調質處理。工藝是：鑄鐵件加熱到 860-900℃的溫度保溫讓基體奧氏體化，再在油或熔鹽中冷卻實現淬火，后經500-600℃的高溫回火，獲得回火索氏體組織（一般尚有少量粹塊狀的鐵素體），原球狀石墨形態不變。處理后強度，韌性匹配良好，適應于軸類件的工作條件。
5.球墨鑄鐵的等溫淬火處理
球墨鑄鐵的等溫淬火處理目的在于讓鑄鐵件的基體組織轉換為強韌的下貝氏體組織，強度極限可超過1100MPa，沖擊韌性AK≥32J。處理工藝是：將球墨鑄鐵件加熱到830-870℃溫度保溫基體奧氏體化后，投入280-350℃的熔鹽中保溫，讓奧氏體部分轉變為下貝氏體，原球狀石墨不變。獲得高強度的球墨鑄鐵。
上述鑄鐵熱處理表明：鑄鐵件熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態及分布，機械性能的變化是基體組織的變化所致。普通灰口鑄鐵(包括孕育鑄鐵)石墨片對機械性能(強度、延性)影響很大，灰口鑄鐵經熱處理改善機械性能不顯著。還需要注意的是鑄鐵的導熱性較鋼差，石墨的存在導致缺口敏感性較鋼高，因此鑄鐵熱處理中冷卻速度(尤其淬火)要嚴格控制。
三、鑄鐵的表面熱處理
鑄鐵件表面熱處理的目的是改善鑄鐵件的抗磨性能。鋼中的感應加熱淬火，激光加熱淬火，軟氮化等工藝均適用鑄鐵。柴油機、內燃機汽缸套目前常采用激光加熱淬火或軟氮化處理。激光加熱鑄鐵件加熱速度很快，空冷后工件就可形成一層高碳馬氏體組織的硬化層，因而抗磨損能力大為增強。鑄鐵件經軟氮化處理后，表層形成一層e相的化合物(Fe2-3N)高硬化層，不僅硬度高，同時摩擦系數小，因而球墨鑄造抗磨損能力大為改善。
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