在實際生產中，由于灰鑄鐵本身力學性能比較低，通常只用于一些支承與減摩零件，一般以退火處理為主，為了提高強度與耐磨性，可以采用正火處理與表面熱處理等方法。在灰鑄鐵生產中僅采用以下幾種熱處理方法。

1．消除鑄造應力的低溫退火

當形狀復雜且壁厚不均勻的鑄件澆注后冷卻時，因各部分的冷卻速度不同，往往形成很大的殘留內應力。這不僅要降低鑄件的強度，而且在切削加工后，因應力重新分布會引起鑄件變形，對精度要求較高的復雜鑄件，在切削加工前，應進行消除應力的低溫退火。這種退火方法有時也稱為時效。

熱處理工藝是將鑄件以60~100℃/h的速度緩慢加熱到500~600℃，保溫一段時間(一般為4～10h，每10mm厚度保溫1h)，再以20~30℃/h的速度緩冷至200℃左右出爐空冷。這樣鑄件的內應力能基本消除。若鑄件壁厚不均勻、形狀復雜、內應力較大，加熱速度應稍慢些。提高退火加熱溫度雖然能更有效地消除內應力，并可縮短保溫時間，但溫度超過600℃將引起滲碳體球化，甚至可能分解為石墨，反而降低鑄件的強度、硬度與耐磨性。保溫時間不宜過長，一般經數小時后，消除內應力效果已經很顯著。為了防止退火冷卻過程中重新產生內應力，冷卻速度不能大于50℃/h。通常鑄件只進行一次去應力退火，而精密零件則進行兩次退火，第二次退火處理安排在粗加工之后。

2．消除白口層的軟化退火

鑄件中的石墨量少、分布均勻且細小可以提高灰鑄鐵的力學性能，所以降低碳和硅的含量，并加大鑄件的冷卻速度可提高其性能，但這種方法會在表層或某些薄壁處，因冷卻過快而出現白口組織，使切削加工難以進行，且冷硬層也容易脫落，為此要采用退火或正火來消除鑄件的白口層，改善可加工性。

熱處理工藝是將鑄件加熱到850～950℃，保溫1～3h，實現第一階段石墨化，在隨爐冷卻時使二次滲碳體及部分共析滲碳體石墨化，最終獲得鐵素體、珠光體基體灰鑄鐵。得到的基體組織取決于冷卻速度的大小，若高溫加熱與保溫后采用空冷及正火處理，由于冷速較快，共析滲碳體不能石墨化，可獲得珠光體灰鑄鐵，可保證鑄件的強度與硬度。降低原始鑄件中鐵素體量可使強度、硬度與耐磨性提高。

3．表面淬火

為了提高機床導軌和內燃機氣缸套這類鑄件的表面硬度與耐磨性，可以采用火焰淬火、高頻感應淬火或接觸電阻加熱淬火來達到目的。經表面淬火后的鑄件，其淬火部位的表面硬度和耐磨性提高，疲勞強度也得到改善，產品的使用壽命延長。

可用火焰淬火或高、中頻淬火法，使導軌表面在短時間內達到很高的溫度(900~1000℃)，然后進行噴水冷卻，使表層獲得馬氏體加石墨的淬硬層，珠光體灰鑄鐵經表面淬火后硬度達55HRC左右。在表面淬火前，零件常需要進行一次正火處理，使基體組織中珠光體的質量分數達到65%以上，由此可看出經過孕育處理的鑄件表面淬火效果較好。

火焰淬火的淬硬層厚度可達2~8mm，淬火后硬度為40~48HRC。火焰淬火的設備簡單、易操作，適用于單件、小批量或大型機床導軌的淬火。缺點是淬硬層不易控制，容易過熱，淬火后變形較大。高頻感應淬火的質量穩(wěn)定，淬硬層為1mm左右，硬度可達50HRC。與火焰淬火相比，變形較小。中頻感應淬火由于頻率低、電流穿透層深，淬硬層厚度達到3~4mm，硬度可大于50HRC。