热处理是提高与改挛15CrMo合金圆钢性能的极为有效措施，它对于产品的可靠性与经济性均起到十分重要的作用。15CrMo合金圆钢的热处理通常包括普通热处理(退火、正火、淬火、回火)和表面热处理(表面淬火及化学热处理一渗碳、氮化、渗金属等）两大类。
在机械工程中，许多机器零件，例如内燃机的曲轴、齿轮、凸轮轴以及重要减速器中的齿轮等，不仅要求心部有足够的韧性、塑性和抗弯强度，且要求表面一定厚度内有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。前述的各种整体热处理方式难以同时满足上述各项性能要求，采用表面热处理则是同时达到这些性能要求的最有效方法。
表面热处理就是通过改变15CrMo合金圆钢表层的组织以改变表面性能的一种热处理方式。
表面淬火一一只改变表层组织，而不改变表层化学成分的热处理。它可以用高频、中频或工频电流感应加热方式或用火焰加热方式实现。其共同特点是设法使15CrMo合金圆钢表面迅速加热到淬火温度，而在热量尚未传至零件心部时，随即迅速冷却，使表面硬度高，而心部仍有较高韧性。
化学处理一一使15CrMo合金圆钢的表层化学成分与组织均发生改变的热处理方式。化学热处理按照15CrMo合金圆钢表面渗入元素的不同，可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属等方法。它对提高和改善15CrMo合金圆钢的耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳性等是十分有效的。当前来化学热处理发展迅速，新技术的应用甚多。