鑄態下的球墨鑄鐵基體組織一般為鐵素體與珠光體，采用熱處理方法來改變球墨鑄鐵基體組織，可有效地提高力學性能。常用的熱處理方法如下：
[退火]：球墨鑄鐵的退火分為去應力退火、低溫退火和高溫退火。去應力退火工藝與灰鑄鐵相同。低溫退火和高溫退火的目的是使組織中的滲碳體分解，獲得鐵素體球墨鑄鐵，提高塑性與韌性，改善切削加工性能。[正火]：球墨鑄鐵正火的目的是增加基體中珠光體的數量，或獲得全部珠光體的基體，起細化晶粒，提高鑄件的強度和耐磨性能的作用。正火分為低溫正火和高溫正火。
[調質處理]：將鑄件加熱到860～920℃，保溫2～4小時后油中淬火，然后在550～600℃回火2～4小時，得到回火索氏體加球狀石墨的組織，具有良好的綜合力學性能，用于受力復雜和綜合力學性能要求高的重要鑄件，如曲軸與連桿等。
[等溫淬火]：將球墨鑄鐵棒、件加熱到850～900℃，保溫后迅速放入250～350℃的鹽浴中等溫60～90分鐘，然后出爐空冷，獲得下貝氏體基體加球狀石墨的組織，使綜合力學性能良好，用于形狀復雜，熱處理易變形開裂，要求強度高、塑性和韌性好、截面尺寸不大的零件。
