根據熱處理目的的不同，球墨鑄鐵常用的熱處理方法有以下幾種：

(1)高溫退火和低溫退火。退火的目的是為了獲得鐵素體基體球墨鑄鐵。澆鑄后鑄件組織中常會出現不同數量的珠光體和滲碳體，使切削加工變得較難進行。為了改善其加工性，同時消除鑄造應力，需進行退火處理。

當鑄態(tài)組織為F+P+Fe3C+G（石墨）時，則進行高溫退火，即將鑄件加熱至共析溫度以上（約900~ 950℃），保溫2～5h，然后隨爐冷至600℃出爐空冷。

當鑄態(tài)組織為F+P+G（石墨）時，則進行低溫退火，即將鑄件加熱至共析溫度附近（約700~ 760℃），保溫3～6h，然后隨爐冷至600℃出爐空冷。

(2)正火。正火可分為高溫和低溫正火兩種。高溫正火是將鑄件加熱至共析溫度以上，一般為880~ 920℃，保溫1～3h，然后空冷，使其在共析溫度范圍內快速冷卻，以獲得珠光體球墨鑄鐵。對厚壁鑄件，應采用風冷，甚至噴霧冷卻，以保證獲得珠光體基體。若鑄態(tài)組織中有自由滲碳體存在，正火溫度應提高至950~980℃，使自由滲碳體在高溫下全部溶入奧氏體。

低溫正火是將鑄件加熱至840~ 860℃，保溫1～4h，出爐空冷。低溫正火獲得珠光體+鐵素體基體的球墨鑄鐵。

球墨鑄鐵的導熱性較差，正火后鑄件內應力較大，因此正火后應進行一次消除應力退火，即加熱到550~ 600℃，保溫3～4h出爐空冷。

(3)等溫淬火。等溫淬火適用于形狀復雜易變形、同時要求綜合力學性能高的球墨鑄鐵件。方法是將鑄件加熱至860~ 920℃，適當保溫并迅速放入250~ 350℃的鹽浴爐中進行0.5～1h的等溫處理，然后取出空冷。等溫淬火后得到下貝氏體+少量殘留奧氏體+球狀石墨。由于等溫淬火內應力不大，可不進行回火。等溫淬火后其抗拉強度σb可達1100~1600MPa，硬度38~ 50HRC，沖擊韌度αK為30~100J/cm²。可見，等溫淬火是提高球墨鑄鐵綜合力學性能的有效途徑，但僅適用于結構尺寸不大的零件，如尺寸不大的齒輪、滾動軸承套圈、凸輪軸等。

(4)調質處理。對于受力復雜、截面尺寸較大的鑄件，一般采用調質處理來滿足高綜合力學性能的要求。調質處理時將鑄件加熱至860~920℃，保溫后油冷，而后在550~ 620℃高溫回火2～6h，獲得回火索氏體和球狀石墨組織，硬度為250~ 300HBW，具有良好的綜合力學性能，常用來處理柴油機曲軸、連桿等零件。

球墨鑄鐵除了能采用上述熱處理工藝外，還可以采用表面強化處理，如滲氮、離子滲氮、滲硼等。