鑄鐵中的基體組織是決定其力學性能的重要因素。鑄鐵可通過合金化和熱處理的辦法強化基體，進一步提高鑄鐵的力學性能，這一點在球墨鑄鐵中尤為重要。但熱處理并不能改變灰口鑄鐵中石墨的形態及分布狀態，所以利用熱處理來提高灰口鑄鐵性能的效果并不大，通常只進行退火或表面淬火處理。

(1)去應力退火。鑄件在冷卻過程中由于各部分的收縮和組織轉變速度的不同，使鑄件內部產生不同程度的內應力，可能導致鑄件翹曲和裂紋。為保證尺寸穩定性，防止變形開裂，對一些形狀復雜的鑄件，如機床床身、氣缸等，往往進行去應力退火。其規范一般為：加熱溫度500～550℃，保溫一定時間后，爐冷到150～220℃出爐空冷。

(2)高溫退火。鑄件冷卻時，由于表層及截面較薄處因冷卻速度快而易形成白口組織，硬度高難以切削加工。為使自由滲碳體分解，降低硬度，改善切削加工性，需將鑄件加熱至850～950℃，保溫2～5h后，隨爐冷至600℃，出爐空冷，最終組織為鐵素體或鐵素體+珠光體基灰鑄鐵。

(3)表面淬火。某些大型鑄件的工作表面需要有較高的硬度和耐磨性，如機床導軌的表面及內燃機汽缸套的內壁等，在機加工后可用快速加熱的方法對鑄鐵表面進行淬火處理。