基于目前国产滚珠丝杠容易产生疲劳裂纹、冷热加工工艺性能差,最终导致尺寸稳定性差,使用寿命短的现状,本文针对滚珠丝杠原材料预先热处理工艺,引入正交实验设计方法优化热处理工艺参数,同时通过定量金相的方法,量化表征热处理效果,最终获得均匀的组织,便于后续的加工,提高滚珠丝杠的成品性能。首先对现有某型号国产滚珠丝杠用GCrl5进行取样检测,结果表明,球化退火态存在少量片层状珠光体和较大碳化物颗粒,碳化物分布不均匀；表面淬火态过渡层硬度梯度分布波动大,淬硬层深度不合理；成品态存在较为明显的带状组织。可以推断冷热加工处理前原材料的组织均匀性较差。其次,借助于扫描电镜、显微硬度检测等,对滚珠丝杠用GCr15不同热处理条件下的等温退火效果进行了研究,并通过定量金相的方法分析统计碳化物的形貌与分布,结合硬度分布及定量金相统计数据,对GCr15轴承钢在不同工艺参数下等温球化退火后的组织均匀性进行定量分析。结果表明,GCr15轴承钢在790℃C奥氏体化、冷却速率20℃/h的条件下,硬度分布最均匀,球化退火效果最好。此时碳化物平均粒径标准差最小,平均长短轴比值不大于2.1、颗粒圆度不小于0.17、粒径为0.5～1.1μm的碳化物所占百分比约为50%。此方法可定量评定GCr15轴承钢的球化质量级别,对实际生产有一定指导意义。再次,根据离异共析原理,设计并验证快速球化退火工艺。结果表明,GCr15轴承钢在790～830℃奥氏体化并保温10min,在较快的冷速250℃/h的条件下,同样可达所需的球化效果,工艺时间较等温球化缩短了一半以上,减少了能源的消耗。最后,结合工厂生产流程,引入正交实验设计,将预先热处理工艺进行优化。通过实验和计算得出结论：淬火加热时的奥氏体化温度对预先热处理的效果影响最为显著,回火温度次之；最佳预先热处理方案为2个周期790℃保温1h,120℃/h冷却至720℃等温1h,650℃出炉空冷的周期球化退火、820℃保温50 min,180℃等温油淬10min,600℃回火240min的调质处理。