球墨鑄鐵的力學性能主要取決于金屬基體，通過熱處理控制奧氏體化溫度、保溫時間和冷卻條件可以改變奧氏體及其轉變產物碳的質量分數，從而可以顯著改善球墨鑄鐵的力學性能。在熱處理過程中，石墨作為球墨鑄鐵中的一個相，也參與相變過程。石墨的存在相當于一個儲碳庫，形成鐵素體球墨鑄鐵時，碳全部或大部分集中于石墨這個儲碳庫中。球墨鑄鐵熱處理加熱時，球狀石墨表面的碳有部分溶入奧氏體，供應必要的碳量。控制加熱溫度可以控制奧氏體中含碳量，從而可以得到低碳馬氏體或者高碳馬氏體。奧氏體化后的球墨鑄鐵在Ar1以下緩慢冷卻時析出石墨，或沉積在原來石墨的表面上，形成退火石墨。冷卻速度較快時將沿奧氏體晶界析出網狀滲碳體。球墨鑄鐵的主要熱處理工藝有退火、正火、調質處理、等溫淬火和表面熱處理。

球墨鑄鐵的感應淬火本質上與鋼沒有區別，但由于處理前的鑄造組織較粗、成分不均勻，因此鐵素體向奧氏體轉變的溫度較高，在快速加熱中轉變不易完成。

感應淬火主要適用于珠光體為基體的球墨鑄鐵。以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，由于感應加熱太快，碳來不及向奧氏體固溶及擴散，淬火后馬氏體硬度不高，并保留有大量未轉變的鐵素體，所以硬度低。因此以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，感應淬火前先要經過正火轉變成珠光體再進行。感應加熱溫度常采用850~1000℃，淬火層組織為細針狀馬氏體及球狀石墨，過渡層為小島狀馬氏體和細小的鐵素體，感應處理后具有很好的耐磨性，還可顯著提高疲勞強度及延長使用壽命。