軸承鋼熱處理工藝包括正火、退火等預先熱處理和Z終熱處理兩個主要環節。GCr15鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應用Z廣泛的高碳鉻軸承鋼。GCr15軸承鋼熱處理后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能。
（1）預先熱處理
①正火：鉻軸承鋼正火工藝，工件透熱后保溫40~60min，冷卻需要較快，正火之后立即轉為球化退火。
②球化退火：GCr15鉻軸承鋼常采用等溫球化退火工藝，790℃被認為是Z佳的球化加熱溫度。退火前需加熱到900~920℃，保溫2/3~1h后正火。
保溫時間隨工件大小、加熱爐的均勻性、裝爐方法及裝爐量、退火前的原始組織均勻性而定。
低溫球化退火主要適用于冷沖球、冷擠壓套圈的再結晶退火。
普通球化退火、等溫球化退火主要適用于鍛造套圈、熱沖球以及橫鍛球的退火。鉻軸承鋼球化退火工藝。
（2）Z終熱處理
①軸承零件：一般采用淬火和低溫回火，其目的是提高鋼的強度、硬度、耐磨性與抗疲勞性能。GCr15鋼淬火溫度在820~860℃，油淬臨界直徑為25mm。一般采用油冷淬火。加熱保溫時間比合金工具鋼長，鹽浴加熱系數取值0.8~1.5min/mm。空氣爐加熱系數1.5~2min/mm。
160℃±10℃的低溫回火，回火時間一般為2~4h。
精密軸承零件為穩定尺寸，淬火后應進行-60~80℃冷處理，保溫時間為2~4h，冷處理后零件恢復到室溫，在4h內進行回火，以防止零件開裂。
低溫回火時未能完全消除的殘留應力在磨削加工后會重新分布。這兩種應力會導致零件尺寸發生變化，甚至會產生龜裂。為此，應再進行一次補充回火，回火溫度為120~160℃，保溫5~10h或更長。
②工模具GCr15熱處理：由于此鋼容易產生白點缺陷，大型工模具熱處理容易開裂，采用緩慢加熱或690℃長時間（大于5h）分段等溫可以降低開裂概率，奧氏體化溫度選擇810℃±10℃，保溫系數a=1.6~0.9min/mm。大于60mm直徑的工件需要水油雙液淬火。