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铸态下的球墨铸铁基体组织一般为铁素体与珠光体，采用热处理方法来改变球墨铸铁基体组织，可有效地提高力学性能。常用的热处理方法如下：
[退火]：球墨铸铁的退火分为去应力退火、低温退火和高温退火。去应力退火工艺与灰铸铁相同。低温退火和高温退火的目的是使组织中的渗碳体分解，获得铁素体球墨铸铁，提高塑性与韧性，改善切削加工性能。[正火]：球墨铸铁正火的目的是增加基体中珠光体的数量，或获得全部珠光体的基体，起细化晶粒，提高铸件的强度和耐磨性能的作用。正火分为低温正火和高温正火。
[调质处理]：将铸件加热到860～920℃，保温2～4小时后油中淬火，然后在550～600℃回火2～4小时，得到回火索氏体加球状石墨的组织，具有良好的综合力学性能，用于受力复杂和综合力学性能要求高的重要铸件，如曲轴与连杆等。
[等温淬火]：将球墨铸铁型材棒、件加热到850～900℃，保温后迅速放入250～350℃的盐浴中等温60～90分钟，然后出炉空冷，获得下贝氏体基体加球状石墨的组织，使综合力学性能良好，用于形状复杂，热处理易变形开裂，要求强度高、塑性和韧性好、截面尺寸不大的零件。
球墨铸铁型材解决内应力退火；改善切削加工退火；表面淬火；可以看作是碳钢基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
灰铁棒的力学性能与基体组织和石墨形状有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的切断严重，在石墨尖角容易引起应力集中，灰铸铁的拉伸强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度相当于钢，是常用铸铁中力学性能差的铸铁。
基体组织对灰铁棒的力学性能也有一定的影响。因为铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度低，所以应用少的珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，强度和硬度高，主要用于制造重要铸件的铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片比珠光体灰铸铁稍粗，性能比珠光体灰铸铁差。因此，工业上常用的是珠光体基体的灰铸铁。
