由齒輪的失效形式可知，設(shè)計齒輪傳動時，應使齒面具有較高的耐磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪材料的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。

常用的齒輪材料

      鋼材的韌性好，耐沖擊，還可以通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面硬度，故最適應于用來制造齒輪。

1、鍛鋼

      除尺寸過大或者是結(jié)構(gòu)形狀復雜只宜鑄造者外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量在(0.15～0.6)%的碳鋼或合金鋼。制造齒輪的鍛鋼可分為：

      軟齒面齒輪（硬度≤350HBS）：由于對強度、速度及精度要求都不高，為便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍，因此，應將齒輪毛坯經(jīng)過正火（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級，精切時可達7級。這類齒輪制造簡便、經(jīng)濟、生產(chǎn)效率高。即：毛坯——常化（正火）或調(diào)質(zhì)——切齒。

     硬齒面齒輪（硬度＞350HBS）：使用于高速、重載及精密機器（如精密機床、航空發(fā)動機），除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強度及齒面具有高硬度（如58～65HRC）外，還應進行磨齒等精加工。需精加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處理，最后進行精加工，精度可達5級或4級。這類齒輪精度高，價格較貴，所以熱處理方法有表面淬火、滲碳、氮化、軟氮化及氰化等。所以材料視具體要求及熱處理方法而定。即：切齒——表面硬化處理——精加工，加工的齒輪為硬齒面，5級或4級精度。

      合金鋼根據(jù)所含金屬的成分及性能，可分別使材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過熱處理或化學熱處理改善材料的力學性能及提高齒面的硬度。所以對于既是高速、重載又要求尺寸小、質(zhì)量小的航空用齒輪，就都用性能優(yōu)良的合金鋼（如20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）來制造。

2、鑄鋼

      鑄鋼的耐磨性及強度均較好，但應經(jīng)退火及正火處理，必要時也可進行調(diào)質(zhì)，常用于尺寸較大的齒輪。

      灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及耐磨性都較差，但抗膠合及抗點蝕的能力較好。常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場合。

      對高速輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為250～350HBS。

齒輪材料的選擇原則

      齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素也很多，下述幾點可供參考：

      例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金鋼；

礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；

家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料。

總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應考慮的因素。

      大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。

中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。

尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。

      齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。

      正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。

      合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。

      飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼。

      金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為30～50HBS或更多。當小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為正火或調(diào)質(zhì)），且速度又較高時，較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的接觸疲勞許用應力可提高約20％，但應注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應地減小。

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