球墨铸铁的力学性能主要取决于金属基体，通过热处理控制奥氏体化温度、保温时间和冷却条件可以改变奥氏体及其转变产物碳的质量分数，从而可以显著改善球墨铸铁的力学性能。在热处理过程中，石墨作为球墨铸铁中的一个相，也参与相变过程。石墨的存在相当于一个储碳库，形成铁素体球墨铸铁时，碳全部或大部分集中于石墨这个储碳库中。球墨铸铁热处理加热时，球状石墨表面的碳有部分溶入奥氏体，供应必要的碳量。控制加热温度可以控制奥氏体中含碳量，从而可以得到低碳马氏体或者高碳马氏体。奥氏体化后的球墨铸铁在Ar1以下缓慢冷却时析出石墨，或沉积在原来石墨的表面上，形成退火石墨。冷却速度较快时将沿奥氏体晶界析出网状渗碳体。球墨铸铁的主要热处理工艺有退火、正火、调质处理、等温淬火和表面热处理。

球墨铸铁的感应淬火本质上与钢没有区别，但由于处理前的铸造组织较粗、成分不均匀，因此铁素体向奥氏体转变的温度较高，在快速加热中转变不易完成。

感应淬火主要适用于珠光体为基体的球墨铸铁。以铁素体为基体的球墨铸铁，由于感应加热太快，碳来不及向奥氏体固溶及扩散，淬火后马氏体硬度不高，并保留有大量未转变的铁素体，所以硬度低。因此以铁素体为基体的球墨铸铁，感应淬火前先要经过正火转变成珠光体再进行。感应加热温度常采用850~1000℃，淬火层组织为细针状马氏体及球状石墨，过渡层为小岛状马氏体和细小的铁素体，感应处理后具有很好的耐磨性，还可显著提高疲劳强度及延长使用寿命。