球墨鑄鐵退火工藝在熱處理過程中使用較多的是：消除內應力退火、高溫退火和低溫退火三種。
一、球墨鑄鐵消除內應力退火
球墨鑄鐵管通過在75～100℃/h的速度加熱到500~ 600℃，根據鑄件壁厚可按每25mm保溫1h來計算，而后空冷。這種方法消除鑄件90%~95%的應力，可提高鑄件的塑性及韌性，但組織并沒有發生明顯改變。
二、高溫退火
將球墨鑄鐵加熱到900~ 950℃，保溫1～4h，進行一階段石墨化，然后爐冷至720~780℃，保溫2~8h，進行二階段石墨化。如果在900~950℃保溫后爐冷至600℃空冷，則由于二階段石墨化沒有進行，將得到珠光體球墨鑄鐵。由于用Mg處理的球墨鑄鐵形成白口的傾向較大，鑄態組織中常出現萊氏體和自由滲碳體，因此使鑄件脆性上升，硬度升高，切削性能惡化。特別是當鑄件厚薄不均勻時，薄壁處極易出現白口，使其變脆，不便加工。為消除白口，獲得高韌性的鐵素體球墨鑄鐵，需進行高溫石墨化退火，具體工藝如圖a所示，此時只完成了石墨化的一階段，得到的是珠光體為基體的。若按如圖b所示的工藝進行熱處理，也就是在石墨化一階段完成后，進行二階段石墨化，根據此階段保溫時間長短可以得到不同的鐵索體及珠光體的比例。如果進行完全，可得到以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，這種鑄鐵具有高的韌性，伸長率可達到5%~25%，這種高韌性球墨鑄鐵多用于代替可鍛鑄鐵和低碳鋼制作工件。
三、低溫退火
將球墨鑄鐵加熱到720～760℃，保溫3～6h，然后隨爐緩冷至60℃出爐空冷，使珠光體中滲碳體發生石墨化分解。當鑄態球墨鑄鐵組織中只有鐵素體、珠光體及球狀石墨而無自由滲碳體時，為了獲得高韌性的鐵素體球墨鑄鐵，可采用低溫退火。