本发明涉及一种圆柱体零件热处理装置及其热处理方法，其包括基座、Y形加热板、第一垫铁和第二垫铁，基座上对称设有机架，Y形加热板设于基座上，Y形加热板包括Y形加热板本体、冷却水循环管道和发热元件，Y形加热板本体的各表面均设有发热元件，且冷却水循环管道位于Y形加热板本体内部，第一垫铁设于Y形加热板上方，且第二垫铁对称设于基座的两侧。本发明通过Y形加热板上的发热元件来补充轧辊间隙面的辐射量，设置可移动垫铁以适用于不同长度与直径的圆柱体零件，并且在Y形加热板内设有冷却水循环管道，以增加圆柱体零件热处理冷却过程中的冷却速度，从而保证圆柱体零件内部显微组织变化均匀，提高圆柱体零件性能的均匀度。