齿轮是应用最广的机械零件，主要用来传递扭矩和动力，改变运动方向和运动速度，所有这些都是通过轮齿齿面的接触来完成的。
（1）齿轮的工作条件、失效形式及对材料性能要求
1）齿轮的工作条件
①由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力。
②换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷。
③齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。
2）齿轮的主要失效形式
根据工作条件的不同，齿轮的失效形式主要有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面咬合和齿面塑性变形等。
3）材料的性能要求
①足够高的抗弯曲疲劳强度，以防轮齿疲劳断裂。
②足够高的齿心强度和韧性，防止轮齿过载和冲击断裂。
③足够高的齿面接触强度、硬度和耐磨性，以防止齿面损伤。
④较好的工艺性能，如切削加工性、热处理变形小或变形有低淬透性等。
（2）齿轮材料
常用齿轮材料主要有以下几种。
1）中碳钢或中碳合金钢
常用45钢和40Cr钢。45钢用于中小载荷齿轮，如床头箱齿轮、溜板箱齿轮等，经高频淬火和回火后，硬度为52～58 HRC。40Cr钢用于中等载荷齿轮，如铣床工作台变速箱齿轮，经高频淬火和回火后，硬度为52～58 HRC。
2）渗碳钢
常用20Cr，20MnB和20CrMnTi等。20Cr和20MnB用于中等载荷、有冲击的齿轮，如六角车床变速箱齿轮。20CrMnTi用于重载荷和有较大冲击的齿轮，如汽车传动齿轮，经渗碳淬火后，硬度可达56～62 HRC。
通常有重要用途的齿轮大多采用锻钢制作。对于一些直径较大（＞400 mm），形状复杂的齿轮毛坯，用锻造方法难以成型时，可采用铸钢制作。
3）铸铁
对于一些轻载、低速、不受冲击、精度和结构紧凑要求不高的不重要齿轮，常采用灰铸铁HT200，HT250，HT300等。灰铸铁齿轮多用于开式传动。近年来在闭式传动中，已采用球墨铸铁QT600-3，QT500-7来代替铸钢齿轮。
4）有色金属
在仪器、仪表以及某些接触腐蚀介质中工作的轻载齿轮，常采用耐腐蚀、耐磨的有色金属，如黄铜、铝青铜、锡青铜和硅青铜等制造。
5）非金属材料(www.xing528.com)
对于受力不大以及在无润滑条件下工作的小型齿轮（如仪器、仪表齿轮），可用尼龙、ABS、聚甲醛等非金属材料制造。
6）粉末冶金
粉末冶金齿轮可实现精密、少或无切削成型，特别是随着粉末热锻技术的应用，使所制齿轮在力学性能及经济效益方面明显提高。一般适合于大批量生产的小齿轮，如铁基粉末冶金材料用于制造发动机、分电器齿轮等。
此外，对某些高速、重载或齿面相对滑动速度较大的齿轮，为防止齿面咬合，并且使相啮合的两齿轮磨损均匀，使用寿命相近，大、小齿轮应选用不同的材料，如用锡青铜制作蜗轮（钢制蜗杆），以减摩和避免咬合黏着现象。
（3）齿轮选材实例
1）机床齿轮
①工作条件：机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。
②材料及性能要求：根据机床齿轮工作条件，一般用45钢（或40cr钢）即可满足要求。
③加工工艺路线：用45钢制造机床变速箱齿轮的加工工艺路线如下：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火→低温回火→精磨。
④热处理工艺分析
a.正火：使组织均匀并细化，消除锻造应力，便于切削加工。对于一般齿轮，也可作为高频淬火前的最终热处理。
b.调质：获得高的综合机械性能，心部有足够的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力，其组织为S回。
c.高频淬火和低温回火：提高齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力，以提高疲劳强度。为了消除淬火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火）。
2）汽车齿轮
①工作条件：汽车齿轮的工作条件比机床齿轮的工作条件恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速时受冲击频繁，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等性能的要求均较高，用中碳钢和中碳合金钢经高频表面淬火已不能保证其使用性能。
②材料及性能要求：根据汽车齿轮工作条件，应用合金渗碳钢20CrMnTi，20CrMnMo和20MnvB较为合适。经正火、渗碳淬火后表面硬度可达58～62 HRC，心部硬度可达30～45 HRC。对于制造大模数、重载荷、高耐磨性和韧性的齿轮，可采用12Cr2Ni4A和18Cr2Ni4wA等高淬透性合金渗碳钢。
③加工工艺路线：用20CrMRTl制造汽车齿轮的加工工艺路线如下：
下料→锻压→正火→粗加工→渗碳、淬火+低温回火→喷丸处理→精磨。
④热处理工艺分析
a.正火：可消除锻造应力，均匀和细化组织，降低硬度，便于切削加工。
b.渗碳、淬火+低温回火：渗碳层深度为1.2～1.6 mm，表面含碳量为0.8%～1.05%，淬火后表面硬度为58～62HRC。低温回火是为了消除淬火应力和降低脆性。
喷丸可增加表面压应力，提高疲劳强度，齿面硬度可提高1～2HRC，同时消除氧化铁皮。
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