在实际生产中，由于灰铸铁本身力学性能比较低，通常只用于一些支承与减摩零件，一般以退火处理为主，为了提高强度与耐磨性，可以采用正火处理与表面热处理等方法。在灰铸铁生产中仅采用以下几种热处理方法。

1．消除铸造应力的低温退火

当形状复杂且壁厚不均匀的铸件浇注后冷却时，因各部分的冷却速度不同，往往形成很大的残留内应力。这不仅要降低铸件的强度，而且在切削加工后，因应力重新分布会引起铸件变形，对精度要求较高的复杂铸件，在切削加工前，应进行消除应力的低温退火。这种退火方法有时也称为时效。

热处理工艺是将铸件以60~100℃/h的速度缓慢加热到500~600℃，保温一段时间(一般为4～10h，每10mm厚度保温1h)，再以20~30℃/h的速度缓冷至200℃左右出炉空冷。这样铸件的内应力能基本消除。若铸件壁厚不均匀、形状复杂、内应力较大，加热速度应稍慢些。提高退火加热温度虽然能更有效地消除内应力，并可缩短保温时间，但温度超过600℃将引起渗碳体球化，甚至可能分解为石墨，反而降低铸件的强度、硬度与耐磨性。保温时间不宜过长，一般经数小时后，消除内应力效果已经很显著。为了防止退火冷却过程中重新产生内应力，冷却速度不能大于50℃/h。通常铸件只进行一次去应力退火，而精密零件则进行两次退火，第二次退火处理安排在粗加工之后。

2．消除白口层的软化退火

铸件中的石墨量少、分布均匀且细小可以提高灰铸铁的力学性能，所以降低碳和硅的含量，并加大铸件的冷却速度可提高其性能，但这种方法会在表层或某些薄壁处，因冷却过快而出现白口组织，使切削加工难以进行，且冷硬层也容易脱落，为此要采用退火或正火来消除铸件的白口层，改善可加工性。

热处理工艺是将铸件加热到850～950℃，保温1～3h，实现第一阶段石墨化，在随炉冷却时使二次渗碳体及部分共析渗碳体石墨化，最终获得铁素体、珠光体基体灰铸铁。得到的基体组织取决于冷却速度的大小，若高温加热与保温后采用空冷及正火处理，由于冷速较快，共析渗碳体不能石墨化，可获得珠光体灰铸铁，可保证铸件的强度与硬度。降低原始铸件中铁素体量可使强度、硬度与耐磨性提高。

3．表面淬火

为了提高机床导轨和内燃机气缸套这类铸件的表面硬度与耐磨性，可以采用火焰淬火、高频感应淬火或接触电阻加热淬火来达到目的。经表面淬火后的铸件，其淬火部位的表面硬度和耐磨性提高，疲劳强度也得到改善，产品的使用寿命延长。

可用火焰淬火或高、中频淬火法，使导轨表面在短时间内达到很高的温度(900~1000℃)，然后进行喷水冷却，使表层获得马氏体加石墨的淬硬层，珠光体灰铸铁经表面淬火后硬度达55HRC左右。在表面淬火前，零件常需要进行一次正火处理，使基体组织中珠光体的质量分数达到65%以上，由此可看出经过孕育处理的铸件表面淬火效果较好。

火焰淬火的淬硬层厚度可达2~8mm，淬火后硬度为40~48HRC。火焰淬火的设备简单、易操作，适用于单件、小批量或大型机床导轨的淬火。缺点是淬硬层不易控制，容易过热，淬火后变形较大。高频感应淬火的质量稳定，淬硬层为1mm左右，硬度可达50HRC。与火焰淬火相比，变形较小。中频感应淬火由于频率低、电流穿透层深，淬硬层厚度达到3~4mm，硬度可大于50HRC。

4．灰铸铁的淬火与回火

这种热处理的主要目的是改变金属基体组织，提高铸铁的硬度。淬火温度要选择在实际临界温度以上30~70℃，由于铸铁的导热性差，保温时间一般比钢延长一倍作用，淬火冷却介质一般采用油，为了避免淬裂，还可以采取提早出油空冷的办法。灰铸铁淬火以后，基体组织为马氏体或托氏体，高温回火后转变成回火索氏体。