齿轮是机械设备上广泛使用的传动零件之一，在齿轮 设计、制造过程中，如果材料选择不当，极易会造成齿轮的 过早损伤，甚至失效。因此如何合理选择齿轮材料是非常必要。
齿轮工作条件可分为闭式齿轮传动、半开式齿轮传动、 开式齿轮传动三种形式。对于闭式齿轮传动，一般来适用 发动机、机床、变速箱等精密设备，该类型齿轮都是安装在精加工且封闭严密的齿轮室（箱体）内，润滑条件非常好，此时必须选择渗碳淬火钢及渗氮钢等机械性能高的合金钢材料。对于半开式齿轮传动，一般来适用齿轮部分浸入油池中或有简单的防护罩或机壳的设备，该类型齿轮工作条件虽有较好，但由于密封不严，润滑条件一般，且外界杂物会侵入到轮系内，此时可以选择铸钢、调质钢、淬火钢等机械性能一般的材料。对于开式齿轮传动，一般来适用农业机械、建筑机械、矿山机械等设备，其作业一般功率大、转速低、周围环境粉尘含量高，该类型齿轮没有防尘罩或机壳防护，甚至完全暴露在外面。工作条件差，外界杂物极易侵入轮系内，且润滑条件不良，因此，此时最好选择塑料、球墨铸铁、灰铸铁等机械性能差的材料。
齿轮的机械性能包括齿轮的强度、硬度、塑性及韧性 等，目前常见的齿轮材料包括塑料、球墨铸铁、灰铸铁、调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢及渗氮钢。表 1 为常用齿轮材料及其力学性能。类 别材料牌号热处理方法抗拉强度 σb/MPa屈服点σs/MPa硬度 (HBS或HRC)优质碳素钢35正火500270150～180HBS调质550294190～230HBS45正火588294169～217HBS调质647373229～286HBS外表淬火40～50HRC50正火628373180～220HBS合金构造钢40Cr调质700500240～258HBS外表淬火48～55HRC35SiMn调质750450217～269HBS外表淬火45～55HRC40MnB调质735490241～286HBS外表淬火45～55HRC20Cr渗碳淬火 后回火63739256～62HRC20CrMnTi107983456～62HRC38CrMnAlA渗氮980834>850HV铸 钢ZG45正火580320156～217HBSZG55650350169～229HBS灰铸钢HT300300185～278HBSHT350350202～304HBS球墨铸铁QT600-3600370190～270HBSQt700-2700420225～305HBS非金属夹布胶木10025～35HBS
齿轮的机械性能主要体现在齿轮使用过程中的机械特性，当齿轮之间发生啮合时，接触应力在齿面接触处产生， 此时最大弯曲应力在齿轮根部产生。齿面或齿体强度如果 不能满足齿轮的机械特性，则会极易发生相对滑动或磨 损，最终失效。疲劳点蚀、轮齿折断、齿面胶合及齿面塑性 变形是常见的几种齿轮失效形式。因此，选择齿轮材料时，必须要求材料应该具有较高的接触疲劳强度及弯曲疲劳强度，能够使齿轮的齿面要具有良好的耐磨性、足够的硬度， 齿轮的芯部同时具有一定的强度和韧性。
一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮构造尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁、低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材；高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料；受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。
齿轮加工的工艺性能，是指不同材料能够适应不同的加工工艺要求。齿轮常见的制造形式有铸造、锻造、切削加 工和热处理等几种工艺形式。工艺性能的不同直接影响到齿轮材料的选择。 其中，铸造齿轮的内部组织较差，强度低，成本较低，可在一般的工况条件下应用。锻造齿轮的内部组织较严密，强度高，但成本较高，可在比较严格的工况条件下应用。 另外，塑料、球墨铸铁、灰铸铁、铸钢的切削加工的工艺性能较好，但其强度不够高，淬透性较差，机械性能一般，只能在一般的工作条件下使用。调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢及渗氮钢等合金钢，具有较好的淬透性、较高强度。 但由于锻造及切削加工的工艺性能较差，使其加工成本较大，不利于大面积推广使用，只能在高端及附加值高的设备中使用。
经济性主要体现在尽量使用最小的费用，来取得最大的经济效益。即选择齿轮材料时，在满足设计要求的性能 下，尽量降低所选齿轮材料的总成本。
可以从材料自身价格来考虑如何降低成本，如塑料、球墨铸铁、灰铸铁、铸钢的材料价格相对比较低廉，同时还具有较好的加工工艺性能，可以在满足零件机械性能的前提下优先选用，实现降低成本，最大经济效益。
另外，从稀有金属资源及材料的供应环节着手，尽量减少 Mn、Mo、Ti、Cr 等稀有金属的使用量，尽可能多的使用国产材料来代替价格昂贵的进口材料。
可以从加工和热处理来考虑如何降低成本，如尽量采用加工费用相对较低的热处理方法，或通过对现有热处理工艺进行改进或提升，以实现降低成本。
还可以通过提升模锻件生产的模锻工艺，或在生产中采用成组技术与工艺，实现提供成型毛坯无切削或模锻与机械精加工相结合，部分或全部取代切削加工，从而实现提高产品质量及生产效率，并降低成本。
