鑄件的自然時效和人工時效退火熱處理能有效的去除鑄件內部的應力，鑄件在冷卻過程中，由于各部位冷卻速度不同造成收縮不一致，形成內應力，這種內應力能通過鑄件的變形得到緩解，但是這一過程一般是較緩慢的。因此，鑄件在形成后都需要進行時效處理，尤其對一些大型、復雜或加工精度較高的鑄件（如床身、機架等）。
時效處理一般有兩種方法，即自然時效和人工時效。自然時效是將成形鑄件長期放置在室溫下以消除其內應力，這種方法時間較長（半年甚至一年以上）。為縮短時效時間，現在大多數情況下采用人工時效（即時效退火）的方法來消除鑄件內應力，其原理是將鑄件重新加熱到530~620℃，經長時間保溫(2~6h)，利用塑性變形降低應力，然后在爐內緩慢冷卻至200℃以下出爐空冷。經時效退火后可消除90%以上的內應力。典型時效退火工藝曲線如下圖所示。
時效退火溫度越高，鑄件殘余應力消除越顯著，鑄件尺寸穩定性越好；但隨著時效溫度的提高，時效后鑄件的力學性能會有所下降，因此，要合理制定鑄件時效退火的加熱溫度。一般可按下式選擇：
T/℃=480+0.4σb/MPa
保溫時間一般按每小時熱透鑄件25 mm計算。加熱速度一般控制在80℃/h以下，復雜零件控制在20℃/h以下。冷卻速度應控制在30℃/h以下，200℃后空冷。
鑄件表面被切削加工后破壞了原有應力場，會導致鑄件應力的重新分布，所以時效退火建議在粗加工后進行。對于要求特別高的精密零件，可在鑄件成形和粗加工后進行兩次時效退火。