灰鑄鐵熱處理方法有退火處理、淬火+回火、時效處理等。灰鑄鐵在熱處理中不能改變片狀石墨的形狀和分布情況，不能根本改變鑄件的力學性能，特別是鑄件的塑性。
灰鑄鐵退火處理的目的是自由滲碳體或降低硬度，從而可加工性。
灰鑄鐵的淬火+回火處理目的是提和。
灰鑄鐵時效處理（分為自然時效和人工時效兩種）的目的是鑄造應力。時效溫度根據鑄鐵件的力學性能要求和可能產生石墨化傾向來選擇，一般低于Ac1。普通灰鑄鐵的滲碳體分解和粒化開始溫度為550℃，加入穩定滲碳體低合金元素可使該溫度提高。普通灰鑄鐵時效溫度以550℃為宜。超過570℃時，會使滲碳體分解和粒化而導致灰鑄鐵件力學性能急劇下降。含有Cr、Mo、Mn、V等穩定碳化物元素的低合金灰鑄鐵，如低鎳鉻合金鑄鐵的時效溫度可提高到600℃；高合金灰鑄鐵，如Ni-Cu-Cr合金鑄鐵的時效溫度可提高到650℃時，時效處理效果較為理想。