Tepelná úprava litiny má společné i odlišné prvky ve srovnání s ocelí. Tepelná úprava litiny nemůže zlepšit morfologii ani rozložení grafitu v původní struktuře. U šedé litiny je především efekt koncentrace napětí vyvolaný vločkovitým grafitem rozhodujícím faktorem pro její vlastnosti, proto je posilující účinek tepelné úpravy na šedou litinu mnohem menší než u oceli a nodulární litiny. Proto proces tepelné úpravy šedé litiny zahrnuje především žíhání, normalizaci atd.
U nodulární litiny, protože grafit má kuličkovitý tvar, je vliv na matrici výrazně snížen. Díky tepelné úpravě může matrice plně využít svých vlastností, což výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti kuličkovité litiny. Stejně jako u oceli se proto pro nodulární litinu používají žíhání, normalizace, kalení s temperováním, více teplotní kalení, indukční kalení a povrchové chemické tepelné úpravy.
Proces tepelného zpracování litiny:
1. Vytvrzování odstraňující napětí
Vzhledem k nerovnoměrné tloušťce stěn odlitků dochází během ohřívání, ochlazování a fázových proměn k vzniku efektivních napětí a strukturálních napětí. Navíc u velkých dílů se po obrábění snadno zachovávají vnitřní napětí; všechna tato vnitřní napětí je nutné odstranit. Obecná teplota žíhání za účelem odstranění napětí je 500–550 °C, doba trvání 2–8 hodin, následuje chladnutí v peci (u šedé litiny) nebo vzduchem (u nodulární litiny). Tento proces dokáže eliminovat 90–95 % vnitřních napětí odlitku, ale struktura litiny se přitom nemění. Pokud teplota přesáhne 550 °C nebo je doba trvání příliš dlouhá, dochází místo toho k grafitizaci, což snižuje pevnost a tvrdost odlitku.
2. Vysokoteplotní grafitizační žíhání k odstranění bílé litiny
Při ochlazování odlitku často vzniká na povrchové vrstvě a v tenkých průsecích bílá hrana. Bílá mikrostruktura je tvrdá a křehká, špatně obrobna a snadno se odlupuje. Proto je nutné použít žíhání (nebo normalizaci), aby se bílá struktura odstranila. Postup žíhání: ohřev na 550–950 °C po dobu 2–5 hodin, následné chladnutí v peci na 500–550 °C a pak vzduchové ochlazení ven z pece. Během vysokoteplotní izolace se volný cementit a eutektický cementit rozkládají na grafit a austenit, přičemž sekundární cementit a eutektoidní cementit se dále rozkládají při následném ochlazování, což vedou k grafitizaci. Rozkladem cementitu dochází ke snížení tvrdosti a tím se zlepšuje obrobitelnost.
3. Normalizace tvárné litiny
Účelem normalizace tvárného železa je dosažení perlitové matricové struktury, zjemnění zrnu a vyrovnání struktury, čímž se zlepšují mechanické vlastnosti odlitků. Někdy slouží normalizace také jako příprava pro povrchové kalení tvárného železa z hlediska struktury. Normalizaci lze rozdělit na vysokoteplotní a nízkoteplotní normalizaci. Teplota vysokoteplotní normalizace obvykle nepřesahuje 950–980 °C, zatímco nízkoteplotní normalizace se obvykle provádí při teplotách v eutektoidním rozsahu 820–860 °C. Po normalizaci je obvykle nutné provedení další úpravy k odstranění vnitřních pnutí vzniklých během normalizace.
4. Kalení a popouštění tvárného železa
Kvůli zlepšení mechanických vlastností tvárného železa se obvykle odlitky ohřívají na 30–50 °C nad teplotu Afc1 (Afc1 představuje konečnou teplotu vzniku austenitu při ohřevu), a po udržování tepla se zakalují v oleji, čímž se dosahuje martenzitické struktury. K vhodnému snížení zbytkových napětí po zakalení je obvykle nutné provést následné péči – odpalení. Nízkoteplotní odpalovací struktura obsahuje odpařený martenzit plus bainit a sférický grafit. Tato struktura vykazuje dobrou odolnost proti opotřebení a používá se pro díly vyžadující vysokou odolnost proti opotřebení a vysokou pevnost. Středně teplotní odpalení probíhá při teplotách 350–500 °C; po něm vzniká struktura tvořená odpařeným troustitem plus sférický grafit. Je vhodná pro silné díly s dobrou odolností proti opotřebení, určitou stabilitou a pružností. Vysokoteplotní odpalení probíhá při teplotách 500–600 °C; po něm vzniká struktura tvořená odpařeným sorbitem plus sférický grafit, která má dobré komplexní vlastnosti houževnatosti a pevnosti, a proto je široce využívána ve výrobě.
5. Izotermické kalení tvárné litiny
Kovké železo může po izotermickém kalení dosáhnout vysoké pevnosti, dobré plastičnosti a houževnatosti. Výběr teploty ohřevu pro izotermické kalení zohledňuje především to, aby původní mikrostruktura byla celá austenitická bez zbytkového ferritu, a zároveň aby nedocházelo k růstu austenitických zrn. Teplota ohřevu je obvykle o 30–50 °C nad teplotu Afc1, aby byla zajištěna tvorba dolnobainitické struktury s komplexními mechanickými vlastnostmi. Po izotermickém kalení vzácněměďového magnéziového hliníkového nodulárního litiny dosahuje pevnost v tahu σ b = 1200–1400 MPa, houževnatost α k = 3–3,6 J/cm² a tvrdost HRC = 47–51. Je však nutné poznamenat, že po izotermickém kalení je třeba provést temperování.
6. Povrchové kalení
Kvůli zlepšení povrchové tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a únavové pevnosti některých odlitků lze využít povrchové zakalování. Povrchově zakalovat lze jak šedé železné, tak i tvárné železné odlitky. Obvykle se používá povrchové zakalování indukčním ohřevem vysoké (nebo střední) frekvence nebo elektrickým kontaktním povrchovým zakalováním.
7. Chemické tepelné zpracování
Pro odlitky vyžadující povrchovou odolnost proti opotřebení, oxidaci a korozi lze uplatnit chemické tepelné zpracování podobné tomu, které se používá u oceli, například plynové měkké chlorování, chlorování, boronizace, sulfidizace atd.