铸铁中的基体组织是决定其力学性能的重要因素。铸铁可通过合金化和热处理的办法强化基体，进一步提高铸铁的力学性能，这一点在球墨铸铁中尤为重要。但热处理并不能改变灰口铸铁中石墨的形态及分布状态，所以利用热处理来提高灰口铸铁性能的效果并不大，通常只进行退火或表面淬火处理。

(1)去应力退火。铸件在冷却过程中由于各部分的收缩和组织转变速度的不同，使铸件内部产生不同程度的内应力，可能导致铸件翘曲和裂纹。为保证尺寸稳定性，防止变形开裂，对一些形状复杂的铸件，如机床床身、气缸等，往往进行去应力退火。其规范一般为：加热温度500～550℃，保温一定时间后，炉冷到150～220℃出炉空冷。

(2)高温退火。铸件冷却时，由于表层及截面较薄处因冷却速度快而易形成白口组织，硬度高难以切削加工。为使自由渗碳体分解，降低硬度，改善切削加工性，需将铸件加热至850～950℃，保温2～5h后，随炉冷至600℃，出炉空冷，最终组织为铁素体或铁素体 珠光体基灰铸铁。

(3)表面淬火。某些大型铸件的工作表面需要有较高的硬度和耐磨性，如机床导轨的表面及内燃机汽缸套的内壁等，在机加工后可用快速加热的方法对铸铁表面进行淬火处理。