通常制作齒輪的毛坯材料需要經過鍛造，以消除鋼中的碳化物偏析，有利于得到合格的金相組織和性能，確保齒輪在復雜載荷下工作所需要的強度和沖擊韌性，一般的流程為：剪切下料—鍛造—正火或調質—車外圓和拉孔—去應力退火—精加工（拉、插、銑、刨等）—滲碳、低溫氮碳共滲。

齒輪的預備熱處理是指對成形的齒坯進行最常用的熱處理，即退火或正火處理與調質處理。正火或退火一般是安排在鑄造或鍛造之后，即粗加工前進行，目的是獲得良好的切削加工性、消除鋼件鍛造時產生的殘余應力、細化晶粒和改善組織等，減少淬火時變形和開裂的傾向。正火溫度為900~970℃，硬度為156-269HBW。調質處理的目的也是為了細化晶粒和組織的均勻。由于獲得了回火索氏體組織，因此齒坯的韌性更高，該工序一般安排在粗加工后（如低碳鋼）。另外對部分齒輪進行去應力處理，可起到穩定組織和減少變形的作用。

對于滲碳齒輪而言，通常的熱處理工序為：清理零件表面—裝爐—滲碳、淬火—中間檢驗—清洗—回火—校花鍵孔。

通常，調質齒輪的特點是尺寸與重量大，設計、加工以及熱處理比較容易，在工作過程中易跑合，要求齒根強度高和抗沖擊能力強，因此在要求不嚴格的重型齒輪傳動中，該類齒輪有比較大的比例。常見調質齒輪材料和熱處理工藝如下：

1.預先熱處理：調質齒輪的坯料熱加工變形后，需要進行預先熱處理以降低硬度、改善切削加工性以及因鍛、軋等不當而產生的晶粒粗大與帶狀組織，消除熱加工時造成的組織缺陷、細化晶粒，從而為齒輪的最后熱處理做好準備。

通常的預備熱處理包括正火或退火處理，對于碳鋼以及低合金鋼，則采用正火或退火處理；對于合金鋼或淬透性較高的鋼，則采用正火+高溫回火或正火+高溫退火。

2.最終熱處理—調質處理：為了獲得所要求的組織與性能，需要對調質齒輪進行淬火+高溫回火處理，以獲得具有良好綜合力學性能的索氏體組織。齒輪加熱完畢，應考慮鋼的淬透性、變形與開裂傾向等，在確保淬透、有效控制變形與避免開裂的前提下，來選擇最佳的淬火冷卻介質。

高溫回火時需要考慮鋼的第二類回火脆性問題，對于無此脆性的碳素鋼采用高冷時，而針對合金鋼齒輪則要回火結束后在水中或油中快速冷卻。

3.齒輪熱處理注意事項

 3.1 齒輪正火是必要和關鍵的工序，降低熱加工后的齒輪毛坯硬度、改善組織、消除缺陷是為后面的機械加工以及調質處理奠定良好的基礎。

 3.2 齒輪調質的基本要求為金相組織、硬度與變形等符合要求，因此編制熱處理工藝時，要根據選擇的熱處理設備性能、加熱溫度、冷卻介質、冷卻方式等，進行系列工藝參數的驗證，找出最佳的工藝參數。

 3.3 預冷淬火法或雙介質淬火法是減少淬火過程中產生熱應力的重要措施，可有效減少變形與開裂；另外，亞溫淬火法是齒輪獲得更好的強韌性效果的方法，也得到了較為廣泛的應用。