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针对高碳铬钢网状碳化物严重、耐温不足和密度高等问题,对GCr15进行了新型合金化研究。在传统GCr15轴承钢的基础上,添加6%铝元素和适当提高碳含量,得到了一种新型轻质超高碳轴承钢。高铝和高碳合金化必将对钢的热处理工艺和性能产生巨大影响。因此,需要对其碳化物球化及析出行为、淬回火性能以及疲劳寿命进行研究。研究结果表明:(1)通过对试验钢进行高铝高碳合金成分设计,组织中网状碳化物被较好的抑制。但是热锻后组织中依然有许多粗大碳化物分布不均匀,尤其是晶界处粗大碳化物。等温退火后,组织中碳化物能够较好的球化。最佳的球化退火工艺为:在880℃加热30min,并炉冷到750℃等温4h,最后炉冷到600℃空冷,超高碳钢可以得到最佳的球化组织。等温过程中,高铝会抑制钢中M3C和M7C3型碳化物长大;等温过程中发生AlFe3Cx碳化物的析出长大,需要加以控制。(2)经过奥氏体化并淬火处理,组织中含有高碳马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体的复相混合组织。淬火后含有的碳化物主要为M3C和M7C3两种。随着淬火温度的提高,组织晶粒逐渐粗大。在875℃奥氏体化保温时,组织中含有大量未溶碳化物,淬火后平均晶粒尺寸为2.8μm的超细晶,900℃时,晶粒尺寸为6.0μm。温度高于900℃后,组织会显著粗大。利用淬火、-73℃冷处理和160℃低温回火工艺,钢的硬度高达65.1HRC,但是韧性较差。(3)超高碳钢在铝合金化后获得了较好的抗温性。在200～400℃长时间回火时,试样仍能保持极高的硬度(63HRC)。无缺口冲击功由160℃回火时的7J,到400℃回火时的39J,提高了 5.6倍,韧度显著提高,并且其抗拉强度可以达到2230Mpa以上。经过淬火、冷处理和中温回火工艺处理后,超高碳钢具有了高硬度、高强度和良好韧性配合,显著提高了综合力学性能。(4)使用中温回火工艺,钢的滚动接触疲劳寿命能够显著提高。300℃回火后钢的接触疲劳性能与160℃回火时相比,额定寿命L10可达8.83×106周次,提高了 4.09倍;中值寿命L50达到5.39×107周次,提高了 4.18倍。