齒輪所用的材料各種各樣，如各種鑄鐵、鋼、粉末冶金材料、非鐵合金（如銅合金）及非金屬材料都可用來制作齒輪，其中鋼是使用最廣泛的材料，包括各種低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼和合金鋼等。
對鋼鐵材料齒輪進行適當(dāng)熱處理（如正火與退火、整體淬火回火、調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮、表面淬火等），其目的是為了能夠提高鋼鐵的使用性能，充分發(fā)揮材料的能力，同時也能夠改善鋼材的切削性能，提高齒輪加工質(zhì)量，延長齒輪的使用壽命。
齒輪用各類鋼鐵材料和熱處理的特點及適用條件如下：
一、調(diào)質(zhì)鋼
鋼號：45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40MnB、45MnB、40Cr、45Cr、35CrMo、42CrMo等.
工藝1.調(diào)質(zhì)或正火
1）經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有較好的強度和韌性，常在220~300HBW的范圍內(nèi)使用。
2）當(dāng)受刀具的限制而不能提高調(diào)質(zhì)小齒輪的硬度時，為保持大小齒輪之間的硬度差，可使用正火處理的大齒輪，但強度較調(diào)質(zhì)者差。
3）齒面的精切齒可在熱處理后進行，以消除熱處理畸變，保持齒輪精度。
4）不需要專門的熱處理設(shè)備和齒面精加工設(shè)備，制造成本低。
5）齒面硬度較低，易于跑合，但是不能充分發(fā)揮材料的承載能力。
適用條件：廣泛用于對強度和精度要求不太高的一般中低速齒輪，以及熱處理和齒面精加工比較困難的大型齒輪。
工藝2.表面淬火（感應(yīng)淬火、火焰淬火）
1）齒面硬度高，具有較強的抗點蝕和耐磨損性能；心部具有較好的韌性，表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，大大提高了齒根強度；通常的齒面硬度范圍為：合金鋼45~55HRC，碳素鋼40~50HRC。
2）為進一步提高心部強度，往往在表面淬火前先進行調(diào)質(zhì)處理。
3）感應(yīng)淬火時間短。
4）表面硬化層深度和硬度沿齒面不等。
5）因急速加熱和冷卻，容易淬裂。
適用條件：廣泛用于要求承載能力高、體積小的齒輪。
二、滲碳鋼
鋼號：20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo、22CrMo、20CrNiMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。
工藝：滲碳淬火
1）齒面硬度很高，具有很強的抗點蝕和耐磨損性能；心部具有很好的韌性，表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，大大提高了齒根強度；一般齒面硬度范圍為56~63HRC。
2）切削性能較好。
3）熱處理畸變較大，熱處理后應(yīng)磨齒，增加了加工時間和成本，但是可以獲得高的精度。
適用條件：廣泛用于要求承載能力高、耐沖擊性能好、精度高、體積小的中型以下齒輪。
三、滲氮鋼
鋼號：38CrMoAlA、30CrMoSiA、25Cr2MoV等。
工藝：滲氮處理
1）可獲得很高的齒面硬度，具有較強的抗點蝕和耐磨損性能；心部具有較好的韌性，為提高心部強度，對中碳鋼往往先進行調(diào)質(zhì)處理。
2）由于加熱溫度低，故熱處理畸變很小，滲氮處理后不需要磨齒。
3）硬化層很薄，故承載能力不及滲碳淬火齒輪，不宜用于有沖擊載荷的場合。
4）滲氮處理周期長，加工成本較高。
適用條件：適用于較大且較平穩(wěn)的載荷下工作的齒輪，以及沒有齒面精加工設(shè)備而又需要硬齒面的場合。
四、鑄鋼
鋼號：ZG310-570、ZG340-640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG40Cr1、ZG35CrMnSi等。
工藝：正火或調(diào)質(zhì)，以及表面淬火
1）可以制造復(fù)雜形狀的大型齒輪
2）其強度低于同種牌號和熱處理的調(diào)質(zhì)鋼
3）容易產(chǎn)生鑄造缺陷
適用條件：用于不能鍛造的大型齒輪。
五、鑄鐵
鋼號：各種灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。
1）材料低廉。
2）耐磨性好。
3）可制造復(fù)雜形狀的大型齒輪。
4）有較好的鑄造和切削工藝性。
5）承載能力低