球墨铸铁退火工艺在热处理过程中使用较多的是：消除内应力退火、高温退火和低温退火三种。
一、球墨铸铁消除内应力退火
球墨铸铁管通过在75～100℃/h的速度加热到500~ 600℃，根据铸件壁厚可按每25mm保温1h来计算，而后空冷。这种方法消除铸件90%~95%的应力，可提高铸件的塑性及韧性，但组织并没有发生明显改变。
二、高温退火
将球墨铸铁加热到900~ 950℃，保温1～4h，进行一阶段石墨化，然后炉冷至720~780℃，保温2~8h，进行二阶段石墨化。如果在900~950℃保温后炉冷至600℃空冷，则由于二阶段石墨化没有进行，将得到珠光体球墨铸铁。由于用Mg处理的球墨铸铁形成白口的倾向较大，铸态组织中常出现莱氏体和自由渗碳体，因此使铸件脆性上升，硬度升高，切削性能恶化。特别是当铸件厚薄不均匀时，薄壁处极易出现白口，使其变脆，不便加工。为消除白口，获得高韧性的铁素体球墨铸铁，需进行高温石墨化退火，具体工艺如图a所示，此时只完成了石墨化的一阶段，得到的是珠光体为基体的。若按如图b所示的工艺进行热处理，也就是在石墨化一阶段完成后，进行二阶段石墨化，根据此阶段保温时间长短可以得到不同的铁索体及珠光体的比例。如果进行完全，可得到以铁素体为基体的球墨铸铁，这种铸铁具有高的韧性，伸长率可达到5%~25%，这种高韧性球墨铸铁多用于代替可锻铸铁和低碳钢制作工件。
三、低温退火
将球墨铸铁加热到720～760℃，保温3～6h，然后随炉缓冷至60℃出炉空冷，使珠光体中渗碳体发生石墨化分解。当铸态球墨铸铁组织中只有铁素体、珠光体及球状石墨而无自由渗碳体时，为了获得高韧性的铁素体球墨铸铁，可采用低温退火。