齿轮所用的材料各种各样，如各种铸铁、钢、粉末冶金材料、非铁合金（如铜合金）及非金属材料都可用来制作齿轮，其中钢是使用最广泛的材料，包括各种低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢等。
对钢铁材料齿轮进行适当热处理（如正火与退火、整体淬火回火、调质、渗碳、渗氮、表面淬火等），其目的是为了能够提高钢铁的使用性能，充分发挥材料的能力，同时也能够改善钢材的切削性能，提高齿轮加工质量，延长齿轮的使用寿命。
齿轮用各类钢铁材料和热处理的特点及适用条件如下：
一、调质钢
钢号：45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40MnB、45MnB、40Cr、45Cr、35CrMo、42CrMo等.
工艺1.调质或正火
1）经调质后具有较好的强度和韧性，常在220~300HBW的范围内使用。
2）当受刀具的限制而不能提高调质小齿轮的硬度时，为保持大小齿轮之间的硬度差，可使用正火处理的大齿轮，但强度较调质者差。
3）齿面的精切齿可在热处理后进行，以消除热处理畸变，保持齿轮精度。
4）不需要专门的热处理设备和齿面精加工设备，制造成本低。
5）齿面硬度较低，易于跑合，但是不能充分发挥材料的承载能力。
适用条件：广泛用于对强度和精度要求不太高的一般中低速齿轮，以及热处理和齿面精加工比较困难的大型齿轮。
工艺2.表面淬火（感应淬火、火焰淬火）
1）齿面硬度高，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有较好的韧性，表面经硬化后产生残余应力，大大提高了齿根强度；通常的齿面硬度范围为：合金钢45~55HRC，碳素钢40~50HRC。
2）为进一步提高心部强度，往往在表面淬火前先进行调质处理。
3）感应淬火时间短。
4）表面硬化层深度和硬度沿齿面不等。
5）因急速加热和冷却，容易淬裂。
适用条件：广泛用于要求承载能力高、体积小的齿轮。
二、渗碳钢
钢号：20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo、22CrMo、20CrNiMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。
工艺：渗碳淬火
1）齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度；一般齿面硬度范围为56~63HRC。
2）切削性能较好。
3）热处理畸变较大，热处理后应磨齿，增加了加工时间和成本，但是可以获得高的精度。
适用条件：广泛用于要求承载能力高、耐冲击性能好、精度高、体积小的中型以下齿轮。
三、渗氮钢
钢号：38CrMoAlA、30CrMoSiA、25Cr2MoV等。
工艺：渗氮处理
1）可获得很高的齿面硬度，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有较好的韧性，为提高心部强度，对中碳钢往往先进行调质处理。
2）由于加热温度低，故热处理畸变很小，渗氮处理后不需要磨齿。
3）硬化层很薄，故承载能力不及渗碳淬火齿轮，不宜用于有冲击载荷的场合。
4）渗氮处理周期长，加工成本较高。
适用条件：适用于较大且较平稳的载荷下工作的齿轮，以及没有齿面精加工设备而又需要硬齿面的场合。
四、铸钢
钢号：ZG310-570、ZG340-640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG40Cr1、ZG35CrMnSi等。
工艺：正火或调质，以及表面淬火
1）可以制造复杂形状的大型齿轮
2）其强度低于同种牌号和热处理的调质钢
3）容易产生铸造缺陷
适用条件：用于不能锻造的大型齿轮。
五、铸铁
钢号：各种灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
1）材料低廉。
2）耐磨性好。
3）可制造复杂形状的大型齿轮。
4）有较好的铸造和切削工艺性。
5）承载能力低