所谓淬火是将材料自奥氏体区域的温度非常快的速率将温度降低以防止珠光体或索氏体的形成，自奥氏体区冷却到Ms温度由於时间太短碳元素不会发生扩散，基本直接转变为马氏体，此组织非常坚硬但也相当脆，可以回火方式令其变软，以提高韧性，因此经过不同温度回后，可以获得不同硬度、强度及韧性的组合。而有所谓的恆温淬火或热溶淬火，即在盐浴和金属浴内进行淬火，造成中间相或变韧铁的组织，在铸铁中常进行淬火和回火处理的是球状石墨铸铁，对灰铸铁而言，较无特殊意义，最多在要提高灰铸铁的磨耗强度时才会考虑进行淬火处理，事实上此结果可藉表面处理达成。对球状石墨铸铁而言，经过淬火回火的处理后，可以获得与铸造或正常化处理相同的强度，但具有更高的屈服强度，结果获得较大弹性，特别是的得到较高韧性，因为经淬火、回火后，基地上含有较高碳，同时在这种情况下要比含有贝氏组织时容易进行表面硬化处理。

    若在空气中冷却，非合金性及低合金性铸铁之硬化能力不够高，因此必须在某些液体中进行淬火，为了避免淬火时发生热裂，使用的淬火液最好是油或某种悬浮液而应避免使用水，淬火时铸件内部会形成温度梯度，同时由于时间的差异，随著马氏体的形成所引起的体积变化率亦不相同，同时铸件内部的内应力随之增加，很容易形成热裂或者在铸件内形成很高的内应力，在这种情形下，应将油浴的温度提高至50~100℃之间，藉此可以避免应力的形成，对於壁厚差较大的铸件而言，特别要小心地将较厚的部分，首先伸向淬火液，如此可减少较薄部分所受的热应力，同时油液内的油，必须加以搅拌，或令其流动，或将铸件在淬火液内不停的晃动。

    铸铁的淬火温度应在820~920℃之间，一般工厂最常使用的温度是在850~900℃之间。当淬火温度太低时，会造成含碳量较低之奥氏体，经过淬火后较软，同时所形成马氏体的强度亦较低，相反如果淬火温度太高，奥氏体内含碳量过高，淬火时发生热裂的危险性增高，形成残留奥氏体的机会亦变大。

    淬火后之铸铁实际上脆性甚高，同时含过高之内应力，為了改进其硬性及韧性必须在经过回火处理，其处理程序与钢相似，加热速率应低於100℃/小时，回火温地应在450~600℃之间，回火时间大约是4小时，回火时间太长或温度过高，会是强度及硬度下降很多，但可提高弹性，在较低之温度经较长的时间进行回火，可造成相当均匀之回火效果，同时整个铸件之特性分布亦甚均匀，为了防止内应力的再发生，尤其对於复杂的铸件，回火后应缓慢冷却至200℃以下。