铸铁材料在冷却凝固过程中，由于铸件壁厚不均匀，各部位的冷却速度不同，以不同的时间通过由塑性到弹性变形的温度范围，使铸件各部分的收缩受到相互牵制。同时在冷却过程中因发生石墨化和相变而引起体积变化，使铸件内部产生铸造内应力。这些应力残留在铸件中随时间发生松弛和再分布，往往使铸件产生变形，破坏模具的尺寸精度。因此对于铸铁材料要进行热时效退火，以降低残余应力。铸铁的时效温度一般选择在550~700℃。温度过低，时效不彻底；温度过高，则模具的硬度下降较大。选择时效温度时，必须考虑铸铁的化学成分，主要是根据硅含量和合金元素含量而定。加热温度过高，可能发生部 部分渗碳体的分解，降低其强度和硬度。
普通的灰铸铁和球墨铸铁一般加热到550~600℃，在含硅与含碳低，特别是在含有合金元素的高质量铸铁中，这个温度在650℃以上。加热升温速度一般选在60~120℃/h，升温过快，可能引起模具开裂。保温时间一般在2~8h，使残余应力得到充分松弛。由于铸铁内部的残余应力主要是在铸铁的弹塑性温度区间(350~450℃)由不均匀冷却所造成的，铸铁模具时效后的冷却必须缓慢进行，冷却速度一般为30~60℃/h。
含有稀土元素的铸铁玻璃模具材料，其热处理工艺如下：760~780℃加热、保温8h，进行时效退火处理，加热速度为120℃/h，冷却速度为50℃/h，冷却至250℃后进行空冷。
球墨铸铁模具材料也可以进行正火处理，以提高其强度、硬度和耐磨性。其热处理规范为750~800℃加热、保温40~60min后空冷。正火后的模具需要进行回火处理以消除内应力。回火的规范为550~600℃、保温2~4h后空冷。