按加熱和冷卻條件不同，鑄鋼件的主要熱處理方式有:退火、正火、淬火、回火、固溶處理、沉淀硬化處理、消除應力處理及除氫處理。
退火是將組織偏離平衡狀態的鋼加熱到工藝預定的某一溫度，經保溫后緩慢冷卻下來(一般為隨爐冷卻或埋入石灰中)，以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝。根據鋼的成分和退火的目的、要求的不同，退火又可分為完全退火、等溫退火、球化退火、再結晶退火、去應力退火等。 (1)完全退火
將鑄鋼件或毛坯加熱到Ac3以上20~30℃，保溫一段時間，使鋼中組織完全轉變成奧氏體后，緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻)到500~600℃以下出爐，在空氣中冷卻下來。所謂“完全”是指加熱時獲得完全的奧氏體組織。
完全退火的目的:改善熱加工造成的粗大、不均勻的組織;中碳以上碳鋼和合金鋼降低硬度從而改善其切削加工性能(一般情況下，工件硬度在170~230HBW之間時易于切削加工，高于或低于這個硬度范圍時，都會使切削困難);消除鑄件、鍛件及焊接件的內應力。
適用范圍:完全退火主要適用于碳的質量分數為0.25%~0.77%的亞共析成分的碳鋼、合金鋼和工程鑄件、鍛件和熱軋型材。過共析鋼不宜采用完全退火，因為過共析鋼加熱至Acm以上緩慢冷卻時，二次滲碳體會以網狀沿奧氏體晶界析出，使鋼的強度、塑性和沖擊韌性顯著下降。
(2)等溫退火
將鋼件或毛坯加熱至Ac3(或Ac1)以上20~30℃，保溫一定時間后，較快地冷卻至過冷奧氏體等溫轉變曲線“鼻尖”溫度附近并保溫(珠光體轉變區)，使奧氏體轉變為珠光體后，再緩慢冷卻下來，這種熱處理方式為等溫退火。
等溫退火的目的與完全退火相同，但是等溫退火時的轉變容易控制，能獲得均勻的預期組織，對于大型制件及合金鋼制件較適宜，可大大縮短退火周期。
(3)球化退火
球化退火是將鑄鋼件或毛坯加熱到略高于Ac的溫度，經長時間保溫，使鋼中二次滲碳體自發轉變為顆粒狀(或稱球狀)滲碳體，然后以緩慢的速度冷卻到室溫的工藝方法。
球化退火的目的:降低硬度，均勻組織，改善切削加工性能，為淬火作準備。
球化退火的適用范圍:球化退火主要適用于碳素工具鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼和合金工具鋼等共析鋼和過共析鋼(碳的質量分數大于0.77%)。
(4)擴散退火
為減少鋼錠、鑄件的化學成分和組織的不均勻性，將其加熱到略低于固相線溫度(鋼的熔點以下100~200℃)，長時間保溫并緩冷，使鋼錠等化學成分和組織均勻化。由于擴散退火加熱溫度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火細化晶粒。
(5)去應力退火、再結晶退火
去應力退火又稱低溫退火。它是將鋼加熱到400~500℃(Ac溫度以下)，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到室溫的工藝方法。其目的是為了消除鑄件、鍛件和焊接件以及冷變形等加工中所造成的內應力。因去應力退火溫度低、不改變工件原來的組織，故應用廣泛。再結晶退火主要用于消除冷變形加工(如無冷軋、冷拉、冷沖)產生的畸變組織，消除加工硬化而進行的低溫退火。加熱溫度為再結晶溫度(使變形晶粒再次結晶為無變形晶粒的溫度)以上150~250℃。再結晶退火可使冷變形后被拉長的晶粒重新形核長大為均勻的等軸晶，從而消除加工硬化效果。