随着国内外航空航天技术的发展，轴承服役工况日趋复杂化，轴承材料各方面性能要求越来越高，基于节约资源及轴承接触面特性考虑，轴承钢的表面硬化处理是高性能轴承钢发展的重要的方向之一。复合化学热处理不仅保证了材料芯部良好的韧性，同时渗层的组织特点使其获得了极高的减摩抗磨性和一定的耐蚀性，极大延长轴承的服役寿命，进而提高主机的综合性能。本文首先研究了渗碳、渗氮及碳氮共渗的渗层组织、硬度特性及成分特征；对低碳CrNiMoV系钢进行复合化学热处理，研究工艺过程中钢的组织和性能演变规律；分析表面复合化学热处理过程中渗层的组织演变及表面摩擦磨损性能。渗碳、渗氮及碳氮共渗工艺研究结果表明：钢的渗层组织及硬度特征与成分密切相关，渗碳过程中，Mo与Cr元素易形成碳化物提高渗层强度。渗氮及碳氮共渗过程中Cr与V元素易形成氮化物提高渗层强度。选择低碳CrNiMoV系轴承钢作为复合化学热处理试验钢。热处理对试验钢组织性能影响表明：经过热处理过程芯部组织均为板条马氏体，随着实验淬火温度升高对晶粒度影响不大，主要影响碳化物的固溶，随着实验回火温度的升高不影响材料的断裂方式，组织中板条马氏体束宽度、碳化物尺寸的变化影响材料的强韧性能。最终试验钢性能可达到硬度45.8HRC，抗拉强度1520MPa，屈服强度1200MPa，冲击吸收功14.3J。复合化学热处理组织特征研究表明：渗层厚度为1.7mm，渗层组织分为四层，最外层为氮化物层，厚度为6~8μm，第二层为碳氮化物过渡层，厚度为0.3mm，为针状马氏体与板条马氏体构成的复相组织及分布其中的碳氮化物；第三层是碳化物层，厚度为1.4mm，为马氏体组织及分布其中碳化物；第四层为碳化物过渡层。最外层硬度高达到1120HV，渗层硬度梯度分布平缓。摩擦磨损试验研究结果表明：滑动速度影响材料表面的疲劳磨损，接触应力的增加加剧表面粘着磨损；复合硬化获得的高硬度、残余压应力有利于抵挡此类磨损的发生；在脂润滑状态下，层状氮化物结构有利于储油，减缓其磨损的发生。