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轴承与齿轮是机械制造装备中的关键基础件。传统的轴承与齿轮材料采用渗碳淬火的热处理，在材料表面得到高硬度的高碳的马氏体组织，心部得到高韧性的低碳马氏体。贝氏体组织的强度与马氏体相当，其韧性要优于马氏体组织，据此本文尝试在渗碳轴承与齿轮表面通过等温淬火工艺获得低温贝氏体组织，心部获得低碳马氏体组织，以提高轴承与齿轮的性能。同时结合喷丸强化处理，以进一步提高构件表面的硬度和压应力水平，为渗碳贝氏体钢在轴承与齿轮上的应用提供了参考。本文以20Cr2Ni4钢为对比研究材料，通过增加Si、Al、Mo含量，设计出6种新钢种，即20Cr2Ni4SiMoAl系，通过采用不同的渗碳工艺和热处理工艺，根据渗层硬度分布、碳含量分布、有效硬化层深度、组织以及力学性能，得到一种适合于轴承的最佳的渗碳及热处理工艺和最优的成分，主要化学成分为(wt.%):C0.205%、Mn0.30%、Si0.73%、Ni3.47%、Cr1.60%、Mo0.37%、Al0.03%。同时，本文通过降低20Cr2Ni4钢的Ni含量，增加Si、Al、Mo含量设计出一种全新的低成本重载齿轮钢，记为20H钢。20H钢奥氏体化后在200℃等温8h后渗碳层表面组织以贝氏体为主，硬度达到58HRC以上，残余奥氏体为29%。摩擦磨损实验表明等温8h后的磨损性能优于等温2h和48h的磨损性能。由此可知，磨损性能不仅仅由硬度决定，贝氏体与马氏体的混合组织有利于提高综合性能。心部具有良好的强韧性，硬度为34.4HRC，屈服强度为731MPa，抗拉强度为1217MPa，冲击功为156J。所以，20H钢完全能满足作为渗碳贝氏体齿轮的要求。以20H钢为研究对象，900℃奥氏体化后分别在200℃等温8h和230℃等温4h，然后进行表面喷丸处理，分析研究喷丸后的硬度、有效硬化层、组织及残余奥氏体的变化。结果表明，喷丸能增加表面硬度在50~70HV之间，有效硬化层为0.5mm左右，残余奥氏体含量显著减少。由此可知，喷丸对增加材料表面强度，改善组织具有明显的作用。