铸件的自然时效和人工时效退火热处理能有效的去除铸件内部的应力，铸件在冷却过程中，由于各部位冷却速度不同造成收缩不一致，形成内应力，这种内应力能通过铸件的变形得到缓解，但是这一过程一般是较缓慢的。因此，铸件在形成后都需要进行时效处理，尤其对一些大型、复杂或加工精度较高的铸件（如床身、机架等）。
时效处理一般有两种方法，即自然时效和人工时效。自然时效是将成形铸件长期放置在室温下以消除其内应力，这种方法时间较长（半年甚至一年以上）。为缩短时效时间，现在大多数情况下采用人工时效（即时效退火）的方法来消除铸件内应力，其原理是将铸件重新加热到530~620℃，经长时间保温(2~6h)，利用塑性变形降低应力，然后在炉内缓慢冷却至200℃以下出炉空冷。经时效退火后可消除90%以上的内应力。典型时效退火工艺曲线如下图所示。
时效退火温度越高，铸件残余应力消除越显著，铸件尺寸稳定性越好；但随着时效温度的提高，时效后铸件的力学性能会有所下降，因此，要合理制定铸件时效退火的加热温度。一般可按下式选择：
T/℃=480+0.4σb/MPa
保温时间一般按每小时热透铸件25 mm计算。加热速度一般控制在80℃/h以下，复杂零件控制在20℃/h以下。冷却速度应控制在30℃/h以下，200℃后空冷。
铸件表面被切削加工后破坏了原有应力场，会导致铸件应力的重新分布，所以时效退火建议在粗加工后进行。对于要求特别高的精密零件，可在铸件成形和粗加工后进行两次时效退火。