一、淬火钢中的马氏体
当高碳铬钢的原始组织为粒状珠光体时，淬火马氏体的碳含量对钢在淬火和低温回火条件下的力学性能有明显影响，其强度和韧性约为0.5%，接触疲劳寿命约为0.55%，抗压强度约为0.42%，当GCr15钢淬火马氏体的碳含量为0.5%～0.56%时，可以获得抗破坏性最强的综合力学性能。
在这种情况下获得的马氏体是隐晶马氏体，并且测量的碳含量是平均碳含量，事实上，马氏体中的碳含量在微观区域并不均匀，碳化物附近的碳浓度高于碳化物中远离铁素体的部分，因此它们开始发生马氏体转变的温度不同。因此，马氏体晶粒的生长和微观形态的显示被抑制为隐晶马氏体，其可以避免高碳钢淬火时容易出现的微裂纹，其亚结构为高强度、高韧性的位错板条马氏体，因此，只有对高碳钢进行淬火以获得中碳隐晶马氏体，轴承零件才能获得具有最佳抗破坏性能的基体。
二、淬火钢中的残余奥氏体
在正常淬火后，高碳铬钢可含有8%至20%的Ar（残余奥氏体），Ar在轴承零件中有优点也有缺点，为了取长补短，Ar的含量应该确保在适当的范围内。由于Ar的量主要与淬火加热的奥氏体化条件有关，其量将影响淬火马氏体的碳含量和未溶解碳化物的量，并且难以准确反映Ar量对机械性能的影响。因此，奥氏体条件是固定的，并使用奥氏体化热稳定工艺来获得不同的Ar含量。有相关的机构研究了Ar含量对GCr15钢调质后硬度和接触疲劳寿命的影响，随着奥氏体含量的增加，硬度和接触疲劳寿命都有所增加，达到峰值后又有所下降。然而，Ar含量的峰值是不同的，硬度峰值出现在约17%的Ar处，而接触疲劳寿命峰值出现在9%左右，当试验载荷减小时，Ar量的增加对接触疲劳寿命的影响减小，这是因为当Ar的量不多时，对强度降低的影响很小，但增韧效果更明显。当载荷小时，Ar发生少量变形，这不仅降低了应力峰值，而且加强了变形的Ar处理和应力应变诱导的马氏体相变，然而，如果载荷较大，Ar的大塑性变形以及基体的局部应力集中和开裂将导致寿命降低。需要特别注意的是，Ar的有益作用必须在Ar的稳定状态下，如果它自发地转变为马氏体，钢的韧性将急剧降低并脆化。
三、淬火钢中未溶解的碳化物
淬火钢中未溶解碳化物的数量、形态、尺寸和分布不仅受淬火前钢的化学成分和原始组织的影响，还受奥氏体化条件的影响，未溶解碳化物对轴承寿命的影响较小。碳化物是一种硬而脆的物质，除了有利于耐磨性外，在加载过程（尤其是碳化物是非球形）时，由于基体的应力集中，还会产生裂纹，从而降低韧性和抗疲劳性。淬火未溶解的碳化物除了自身对钢的性能有影响外，还影响淬火马氏体的碳含量和Ar含量以及分布，从而对钢的特性有额外的影响。为了揭示未溶解碳化物对性能的影响，使用了不同碳含量的钢，淬火后马氏体碳含量和Ar含量相同，但未溶解碳化物含量不同。在150°C回火后，由于马氏体具有相同的碳含量和更高的硬度，未溶解碳化物的少量增加对硬度的增加几乎没有影响，强度和韧性的破碎载荷减小，对应力集中敏感的接触疲劳寿命明显降低。因此，未溶解碳化物的过度淬火对钢的综合力学性能和抗破坏性是有害的，适当降低轴承钢的含碳量是提高零件使用寿命的途径之一。
除了淬火未溶解碳化物的量影响材料性能外，尺寸、形态和分布也影响材料性能。为了避免轴承钢中未溶解碳化物的危害，要求未溶解碳化物数量少、尺寸小、均匀（尺寸差异小，分布均匀）、圆（存在每种碳化物）。需要注意的是，轴承钢淬火后需要少量未溶解的碳化物，不仅可以保持足够的耐磨性，还可以获得细粒度的隐晶马氏体。
四、调质后的残余应力
轴承零件经过低温调质处理后，仍有较大的内应力，零件中的残余内应力有优点也有缺点，在钢的热处理之后，随着表面上残余压应力的增加，钢的疲劳强度增加。相反，当表面上的残余内应力为拉应力时，钢的疲劳强度降低，这是因为当零件受到过大的拉伸应力时，就会发生零件的疲劳失效，当较大的压应力残留在表面时，它会抵消相同值的拉应力，钢的实际拉应力会降低，从而提高疲劳强度极限值。当表面上残留有较大的拉应力时，即使疲劳强度极限值降低，它也会与拉应力载荷叠加，使钢材的实际拉应力显著增加，因此，使轴承零件在淬火和回火后表面具有较大的残余压应力也是提高使用寿命的措施之一（当然，过大的残余应力可能会导致零件变形甚至开裂，应给予足够的重视）。
五、钢材杂质含量
钢中的杂质包括非金属夹杂物和有害元素（酸溶性物质），它们对钢性能的危害往往是相辅相成的，例如，氧含量越高，氧化物夹杂物就越多，钢中杂质对构件力学性能和抗破坏性的影响与杂质的类型、性质、数量、尺寸和形状有关，通常会降低韧性、塑性和疲劳寿命。
随着夹杂物尺寸的增加，疲劳强度下降，钢的抗拉强度越高，下降趋势越大，当钢中氧含量增加（氧化物夹杂物增加）时，在高应力下，弯曲疲劳和接触疲劳寿命降低，因此，有必要降低在高应力下工作的轴承零件的制造钢的含氧量。一些研究表明，钢中的MnS夹杂物呈椭球形，可以包裹有害的氧化物夹杂物，因此对疲劳寿命的降低影响很小，甚至可能是有益的。
六、影响轴承寿命的材料因素的控制
为了使上述影响轴承寿命的材料因素处于最佳状态，首先需要在淬火前控制钢的原始组织，可采取的技术措施有：高温（1050℃）奥氏体化，快速冷却至630℃等温正火，得到拟共析细珠光体组织，或冷却至420℃等温处理，得到贝氏体组织。锻造和轧制余热也可用于快速退火，以获得细粒度的珠光体组织，确保钢中的碳化物细小且均匀分布。当这种状态下的原始组织通过淬火和加热进行奥氏体化时，除了溶解在奥氏体中的碳化物外，未溶解的碳化物还会聚集成细小的晶粒。
当钢中的原始组织不变时，淬火马氏体的碳含量（即淬火加热后奥氏体的碳含量）、残余奥氏体的量和未溶解碳化物的量主要取决于淬火加热温度和保温时间。随着淬火加热温度的升高（一定时间），钢中未溶解碳化物的数量减少（淬火马氏体的碳含量增加），残余奥氏体的数量增加，硬度首先增加，达到峰值后，它会随着温度的升高而降低，当淬火加热温度恒定时，随着奥氏体化时间的延长，未溶解碳化物的数量减少，残余奥氏体的数量增加，硬度增加，时间越长，这种趋势就越慢，当原始组织中的碳化物较小时，碳化物很容易溶解为奥氏体，因此淬火后的硬度峰值向较低的温度移动，并在较短的奥氏体化时间内出现。
综上所述，最佳的轴承钢，即GCrl5钢淬火后未溶解的碳化物约为7%，残余奥氏体约为9%（隐晶马氏体的平均碳含量约为0.55%）。当原始结构中的碳化物精细且均匀分布时，且可靠地控制上述水平的微观结构组成时，有利于获得高的综合机械性能，从而具有高的使用寿命。需要注意的是，原始结构中有细小且分散的碳化物，在淬火和加热时，未溶解的细小碳化物会聚集并生长，使其变得更粗糙，因此，采用这种原始结构的轴承零件的淬火加热时间不宜过长，快速加热奥氏体化淬火工艺将获得更高的综合力学性能。
为了使轴承零件表面在淬火和回火后残留较大的压应力，可以在淬火和加热过程中引入渗碳或氮化工艺，进行短期的表面渗碳或氮化。由于这种钢在淬火和加热过程中奥氏体的实际碳含量不高，因此碳（或氮）可以被吸收，当奥氏体含有高碳或高氮时，Ms降低，与内层和核心相比，淬火后的表层发生马氏体转变，导致较大的残余压应力。GCr15钢在渗碳和非渗碳（均为低温回火）中加热淬火后，接触疲劳试验表明，表面渗碳的寿命是非渗碳的1.5倍，其原因是渗碳零件表面存在较大的残余压应力。
七、结论
影响高碳铬钢滚动轴承零件使用寿命的主要材料因素和控制程度有：
（1） 淬火前钢的原始组织中的碳化物要求细小且分散。高温奥氏体化可以在630°C或420°C下使用，也可以通过锻造和轧制余热快速退火工艺实现。
（2） 对于淬火后的GCr15钢，要求获得平均碳含量约为0.55%、Ar约为9%、未溶解碳化物约为7%的隐晶质马氏体的均匀圆形组织，这种微组织可以通过淬火加热温度和时间来控制。
（3） 零件在低温下淬火回火后，表面需要较大的压应力，有助于提高抗疲劳性能。淬火加热过程中短时间渗碳或氮化的表面处理工艺可以使表面保持较大的压应力。
（4） 轴承零件制造中使用的钢材要求高纯度，主要是为了降低O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量。可采用电渣重熔、真空熔炼等技术措施使材料含氧量≤15PPM。
