齿轮是一种主要用来传递动力的零件，要求具有足够的强度性能。长期以来，齿轮的强度设计都是以硬度为准则，即强度由硬度确定。
然而，大量的试验和应用实践表明，当硬度提高到一定程度，如超过50HRC，弯曲疲劳强度不会增加，再提高硬度，弯曲疲劳强度反而会下降；硬度到60HRC以上，其接触疲劳强度也一样会下降；即使在同一硬度水平，其疲劳强度也不相同，如渗碳淬火齿轮在58～62HRC范围内，相同硬度齿轮的弯曲疲劳强度高低差约为200MPa，接触疲劳强度高低差可达350MPa。理论和试验指出，这种差别是由热处理多种工艺因素不同而引起的。
齿轮的疲劳强度并非受单一的因素影响，因为热处理工艺包括各种物理冶金因素，如钢的纯净度、淬透性、晶粒度、表面强度、心部硬度、硬化层深度、金相组织和残余应力等，研究齿轮的疲劳强度就应当研究各种热处理冶金因素对疲劳强度的影响。
钢的纯净度对齿轮疲劳强度影响显著。杂质元素如硫、磷等，会在钢中形成低熔点夹杂物，这些夹杂物在齿轮受力时容易成为裂纹源，降低齿轮的疲劳寿命。提高钢的纯净度，减少夹杂物的含量和尺寸，能有效提升齿轮的疲劳强度。通过先进的冶炼技术，如炉外精炼等，可以更好地控制钢中的杂质含量，为制造高疲劳强度齿轮奠定基础。
淬透性也是关键因素之一。淬透性好的钢材，能使齿轮在淬火后获得均匀的组织和性能。如果淬透性不足，齿轮截面上的组织和硬度差异较大，在交变应力作用下，容易在硬度较低的区域产生裂纹并扩展，导致齿轮提前失效。合理选择具有合适淬透性的钢材，并严格控制淬火工艺参数，可确保齿轮具有良好的综合力学性能。
晶粒度对齿轮疲劳强度的影响不容忽视。细小的晶粒能使金属的强度和韧性提高，因为晶界是阻碍裂纹扩展的屏障，晶粒越细，晶界越多，对裂纹扩展的阻力就越大。在热处理过程中，通过合适的加热温度、保温时间和冷却速度等工艺参数，可以控制晶粒的大小，从而优化齿轮的疲劳性能。
表面强化处理是提高齿轮疲劳强度的有效手段。常见的表面强化方法有渗碳、渗氮、感应加热淬火等。渗碳处理能增加齿轮表面的碳含量，提高表面硬度和耐磨性，同时形成压应力，抑制裂纹的萌生和扩展；渗氮处理可使齿轮表面形成氮化物层，提高表面的硬度和抗咬合能力；感应加热淬火能快速加热齿轮表面，实现表面淬火，提高表面硬度和疲劳强度。
心部硬度和硬化层深度也对齿轮疲劳强度有重要影响。合适的心部硬度能保证齿轮在承受载荷时具有足够的韧性，防止发生脆性断裂；而合理的硬化层深度能使齿轮表面具有高硬度和耐磨性的同时，心部保持良好的韧性，充分发挥材料的性能潜力。
金相组织和残余应力同样不可忽视。良好的金相组织，如均匀的马氏体组织，能提高齿轮的强度和韧性；而合理的残余压应力能抵消部分工作应力，延缓裂纹的萌生和扩展，提高齿轮的疲劳寿命。
总之，齿轮的疲劳强度是一个复杂的系统工程，受到多种热处理冶金因素的综合影响。只有深入研究这些因素，优化热处理工艺，才能制造出具有高疲劳强度的齿轮，满足现代机械传动系统日益严苛的使用要求。
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