由于灰鑄鐵焊接平臺鑄件組織中存在著大量片狀石墨，削弱了基體，因此灰鑄鐵件的熱處理只能改變基體組織，而不能改變石墨的存在狀態，所以不能顯著地提高力學性能。
但灰鑄鐵件可以采用低溫退火（或時效熱處理），以消除鑄造過程中所形成的內應力，并防止鑄件在加工后或使用中變形與開裂。通常，灰鑄鐵件的人爐溫度不應超過4000C，形狀復雜件應在3500C以下，升溫速度為40～1200C/h，加熱溫度多為450～6200C。提高加熱溫度可縮短保溫時間，并有效地消除內應力。但加熱溫度過高則使滲碳體分解與粒化，降低硬度和強度。保溫時間一般為2～8h，視鑄件大小和裝爐量而定。冷卻速度為20～600C/h，隨爐冷卻至2500C以下，方可出爐冷卻。
一般灰鑄鐵件，若碳、硅含量低，或冷卻速度快，則往往在表層、薄壁處產生較多的滲碳體，嚴重時會形成白口組織，增加脆性，不利于切削。為此，應采用高溫退火（或石墨化退火）以消除白口組織。高溫退火的人爐溫度、加熱速度、冷卻方法與消除內應力的低溫退火方法相近，但高溫退火的加熱溫度高，一般為850～9300C。
如果灰鑄鐵件中無白口層，只是要降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，則也可采用低溫退火。通過低溫退火可將共析滲碳體球化，或少量分解，從而降低硬度。應該注意：這種低溫退火溫度常為600～7500C，略高于消除內應力的低溫退火溫度。
灰鑄鐵件常用的熱處理工藝規范及其選用可參見表4. 6-1和表4.6-2。