以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象，进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度，利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量，利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律，研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明：考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素，碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理，GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。