本文对GCr15,GCr15SiMn两种高碳轴承钢的不同回火热处理工艺进行研究,通过控制回火工艺参数,实现对回火马氏体的微观组织结构与析出碳化物类型与分布的调控。探究不同的组织结构与其对应力学性能之间的关系,进一步探讨高碳轴承钢的强韧化机制。借助场发射扫描电子显微镜（SEM）,场发射透射电子显微镜（TEM）,X射线衍射仪（XRD）等微观组织检测手段,观察不同回火参数的微观组织演变,物相变化等,探索高碳轴承钢的强韧化机制。对比两种轴承钢材料,通过微观组织与力学性能的差异,分析合金元素的加入对传统低合金钢的强韧化影响。对不同回火时间与温度下回火马氏体亚结构的演变及回火碳化物析出情况分析,结合传统的金属强化机制与塑性增强机制,探讨不同机制在不同回火时期对强度及塑性提升的贡献与作用,以及其对磨损性能的影响。主要得出以下结论:经淬火处理后GCr15、GCr15SiMn高碳铬轴承钢主要为马氏体、残余奥氏体与少量析出碳化物的混合组织。残余奥氏体的含量随着回火时间的延长而不断减少,马氏体中的碳原子随着回火的进行不断析出形成碳化物,其类型从过渡碳化物逐渐转变为平衡碳化物。对于250℃下回火的试样,碳原子的活动性增强,析出速度更快。随着回火时间的延长,碳化物尺寸逐渐增大,但数量没有明显增长。在此温度下回火的两种材料碳化物分布较为均匀。GCr15SiMn轴承钢具有更高的屈服强度,但GCr15的延展性性整体好于GCr15SiMn。其中,GCr15 QT250-10D具有最高的延伸率,达到了4.72%。从塑性增强角度来看,175℃回火初期残余奥氏体含量较高,TRIP效应发挥作用,但在250℃回火时基本没有贡献。回火过程中马氏体基体的亚结构及析出碳化物也对塑性的提高有着一定程度的影响。GCr15SiMn QT250-5D的屈服强度高达2430 MPa。回火时,残余奥氏体逐步分解,碳原子的析出造成马氏体基体中固溶碳含量下降,固溶强化效果降低。回火过程中马氏体中包含孪晶与位错等缺陷,为析出碳化物的形核提供动力。碳化物转变为硬度最高的θ相碳化物,保持与基体共格关系,析出碳化物体积分数越高且尺寸越小,第二相析出强化效果越显著。从强化角度来看,不同回火阶段以不同强化机制之间的竞争为主,低温回火短期主要为固溶强化为主,长期回火后第二相强化作用增强。不同回火时间也导致不同的磨损失重。由于接触区应力分布较为复杂,磨损接触面疲劳失效是循序渐进的过程,初始时产生塑性变形导致凹坑的形成,凹坑边界处易产生应力集中,裂纹开始萌生与扩展,不同裂纹之间相互结合,使磨损表面出现大块剥落,并产生磨屑。随着轴承钢强度的不断下降,磨损表面凹坑的数量增多。强度较低的试样随着磨损的进行,表层的剥落坑不断增加与扩大,磨损量也随之上升导致磨损加剧。本文的研究对实现GCr15、GCr15SiMn等高碳铬轴承钢的强韧化;优化高碳轴承钢磨损性能;提高轴承零件的使用寿命提供重要研究思路。