根据热处理目的的不同，球墨铸铁常用的热处理方法有以下几种：
(1)高温退火和低温退火。退火的目的是为了获得铁素体基体球墨铸铁。浇铸后铸件组织中常会出现不同数量的珠光体和渗碳体，使切削加工变得较难进行。为了改善其加工性，同时消除铸造应力，需进行退火处理。当铸态组织为F+P+Fe3C+G（石墨）时，则进行高温退火，即将铸件加热至共析温度以上（约900～950℃），保温2～5h，然后随炉冷至600℃出炉空冷。当铸态组织为F+P+G（石墨）时，则进行低温退火，即将铸件加热至共析温度附近（约700～760℃），保温3～6h，然后随炉冷至600℃出炉空冷。
(2)正火。正火可分为高温和低温正火两种。高温正火是将铸件加热至共析温度以上，一般为880～920℃，保温1～3h，然后空冷，使其在共析温度范围内快速冷却，以获得珠光体球墨铸铁。对厚壁铸件，应采用风冷，甚至喷雾冷却，以保证获得珠光体基体。若铸态组织中有自由渗碳体存在，正火温度应提高至950～980℃，使自由渗碳体在高温下全部溶入奥氏体。低温正火是将铸件加热至840～860℃，保温1～4h，出炉空冷。低温正火获得珠光体+铁素体基体的球墨铸铁。球墨铸铁的导热性较差，正火后铸件内应力较大，因此正火后应进行一次消除应力退火，即加热到550～600℃，保温3～4h出炉空冷。
(3)等温淬火。等温淬火适用于形状复杂易变形、同时要求综合力学性能高的球墨铸铁件。方法是将铸件加热至860～920℃，适当保温并迅速放入250～350℃的盐浴炉中进行0.5～1h的等温处理，然后取出空冷。等温淬火后得到下贝氏体+少量残留奥氏体+球状石墨。由于等温淬火内应力不大，可不进行回火。等温淬火后其抗拉强度σb可达1100～1600MPa，硬度38～50HRC，冲击韧度αK为30～100J/cm²。可见，等温淬火是提高球墨铸铁综合力学性能的有效途径，但仅适用于结构尺寸不大的零件，如尺寸不大的齿轮、滚动轴承套圈、凸轮轴等。
(4)调质处理。对于受力复杂、截面尺寸较大的铸件，一般采用调质处理来满足高综合力学性能的要求。调质处理时将铸件加热至860～920℃，保温后油冷，而后在550～620℃高温回火2～6h，获得回火索氏体和球状石墨组织，硬度为250～300HBW，具有良好的综合力学性能，常用来处理柴油机曲轴、连杆等零件。
球墨铸铁除了能采用上述热处理工艺外，还可以采用表面强化处理，如渗氮、离子渗氮、渗硼等。
