球墨鑄鐵件組織中，石墨呈球狀，對基體的削弱和破壞作用比片狀石墨弱。球鐵性能主要取決于基體組織，石墨的影響居次要地位。以各種熱處理方式改善球鐵的基體組織，即可程度不同地提高其力學性能。由于化學成分、冷卻速度、球化劑等因素的影響，在鑄態組織中，尤其是鑄件薄壁處常出現鐵素體+珠光體+滲碳體+石墨的混合組織。熱處理的目的就在于獲得所需要的組織，從而改善力學性能。
　　球墨鑄鐵件常用的熱處理方法如下：
　　1.低溫石墨化退火 加熱溫度720~760℃。隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷。使共析滲碳體分解，獲得鐵素體基體的球鐵，以提高韌性。
　　2.高溫石墨化退火 880~930℃，轉至720~760℃保溫，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷。消除白口組織，獲得鐵素體基體的球鐵，提高塑性，降低硬度，增加韌性。
　　3.完全奧氏體化正火 880~930℃，冷卻方式：霧冷、風冷或空冷，為減少應力，增加回火工序：500~600℃，獲得珠光體+少量鐵素體+球狀石墨，提高強度、增加硬度和耐磨性。
　　4.不完全奧氏體化正火 820~860℃加熱，冷卻方式：霧冷、風冷或空冷，為減少應力，增加回火工序：500~600℃，獲得珠光體+少量分散的鐵素體組織，得到較好的綜合力學性能。
　　5.調質處理 840~880℃加熱，冷卻方式：油或水冷，淬火之后的回火溫度：550~600℃，獲得回火索氏體組織，提高綜合力學性能。
　　6.等溫淬火 840~880℃加熱，在250~350℃鹽浴中淬火，獲得綜合力學性能，尤其能提高強度、韌性與耐磨性。
　　熱處理加熱時，球墨鑄鐵件入爐溫度一般小于350℃，加熱速度視鑄件尺寸與復雜程度而定，在30~120℃/h之間選擇。尺寸大、復雜件的入爐溫度要低，升溫速度要慢。加熱溫度則取決于基體組織和化學成分。保溫時間按鑄件壁厚而定。
　　此外，球墨鑄鐵件還可以采用高頻、中頻、火焰等方法作表面淬火，以獲得高硬度、耐磨性以及抗疲勞性能。也可以軟氮化處理，提高鑄件耐磨性。