渗碳淬火齿轮常用渗碳前碳的质量分数为0.2%~0.3%的合金钢，其齿面硬度常在58~62HRC的范围内。若低于57HRC时，齿面强度显著下降，高于62HRC时则脆性增加。轮齿心部硬度一般以310~330HBW为宜。渗碳淬火齿轮的硬度，从轮齿表面至深层应逐渐降低，而有效渗碳深度规定为表面至深层应逐渐降低，而有效渗碳深度规定为表面至硬度52.5HRC处的深度。
渗碳淬火在轮齿弯曲疲劳强度方面的作用除使心部硬度有所提高外，还在于有表面的残余压应力，它可使轮齿最大拉应力区的应力减小。因此磨齿时不能磨齿根部分，滚齿时要用留磨量滚刀。
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