高速齒軸的熱處理工藝主要包括以下幾種：
1.淬火與回火
淬火工藝：
整體淬火：對于一些尺寸較小、形狀相對簡單的高速齒軸，可采用整體淬火。將高速齒軸加熱到臨界溫度以上（一般根據齒軸材料而定，如對于40Cr鋼，淬火溫度約為830-860℃），保溫時間后，迅速放入淬火介質（如水、油或聚合物淬火劑）中冷卻。淬火介質的選擇取決于齒軸的材料、尺寸和形狀等因素。例如，形狀復雜的齒軸可能使用油淬，以減少淬火變形和開裂的風險。整體淬火后，齒軸表面硬度可大幅提高，一般可達HRC50-60左右，能夠提高齒軸的性和性能。
表面淬火：當齒軸需要表面高硬度、心部保持良好韌性時，采用表面淬火。常見的有感應淬火和火焰淬火。感應淬火是將齒軸置于感應器產生的交變磁場中，由于齒軸表面產生感應電流，使表面迅速加熱到淬火溫度（如對于中碳鋼齒軸，感應加熱溫度可達850-900℃），然后噴水冷卻。火焰淬火則是利用氧-乙炔火焰或其他燃氣火焰對齒軸表面進行快速加熱，隨后噴水冷卻。表面淬火可以使齒軸表面獲得高硬度（可達HRC55-62）的硬化層，其深度一般在0.5-5mm之間，而心部仍保持較低的硬度和良好的韌性，這種性能組合非常適合承受交變載荷和沖擊載荷的高速齒軸。
回火工藝：
淬火后的齒軸通常需要進行回火處理，以淬火應力、降低脆性并調整硬度。回火溫度一般在150-650℃之間。低溫回火（150-250℃）主要用于保持淬火后的高硬度，同時降低淬火應力和脆性。例如，在高速齒軸經過淬火后，采用180-200℃的低溫回火，可使齒軸硬度略有降低，但能顯著提高韌性，防止齒軸在使用過程中發生脆斷。中溫回火（350-500℃）可以獲得較高的彈性和屈服強度，適用于一些對彈性要求較高的齒軸。高溫回火（500-650℃）則用于獲得良好的綜合力學性能，使齒軸的強度、韌性和塑性達到較好的平衡。回火時間一般根據齒軸的尺寸和材料等因素確定，通常在1-3小時左右。
2.滲碳淬火與回火
滲碳工藝：
滲碳是一種用于提高齒軸表面含碳量的化學熱處理方法。對于低碳合金鋼齒軸（如20CrMnTi），將其放入滲碳介質（如氣體滲碳爐中的氣、丙烷等富碳氣體）中，在高溫（900-950℃）下長時間保溫（一般根據滲層深度要求，如要求滲層深度為0.8-1.2mm，滲碳時間可能在6-10小時左右），使碳原子滲入齒軸表面。通過擴散作用，在齒軸表面形成深度的高碳層，其碳含量可從心部的0.2%左右提高到表面的0.8%-1.0%左右。滲碳后齒軸的表面硬度較低，需要進行淬火和回火處理來提高硬度和性。
滲碳淬火與回火組合工藝：
滲碳后的淬火可以采用直接淬火或一次淬火、二次淬火等方式。直接淬火是在滲碳后直接冷卻到淬火溫度進行淬火，這種方法簡單，但可能會導致齒軸變形較大。一次淬火是將滲碳后的齒軸重新加熱到淬火溫度（如對于20CrMnTi，淬火溫度約為820-850℃）后淬火，能地控制齒軸的組織和性能。二次淬火則是在一次淬火的基礎上，再進行一次淬火，進一步細化組織，提高齒軸的性能，但工藝復雜，成本較高。淬火后的回火與常規淬火后的回火類似，一般采用低溫回火（180-200℃），以保持齒軸表面的高硬度（可達HRC58-62）和高性，同時降低淬火應力。
3.氮化處理
氣體氮化工藝：
氣體氮化是將齒軸置于氨氣（NH）等含氮氣氛的氮化爐中，在較低溫度（一般在500-550℃）下進行氮化處理。在氮化過程中，氨氣分解產生的活性氮原子被齒軸表面吸收，并向內擴散，形成氮化層。氮化時間根據齒軸的要求和材料不同，一般在20-100小時左右。例如，對于一些高精度的高速齒軸，氮化層深度要求在0.2-0.5mm左右，氮化時間可能在40-60小時。氮化后齒軸表面形成硬度很高（可達HV800-1200）的氮化層，并且具有良好的性、抗腐性和抗咬合性。
離子氮化工藝：
離子氮化是在低壓輝光放電的條件下進行氮化處理。將齒軸置于真空爐中，充入少量氮氣或氨氣，通過施加高壓電場使氣體電離，產生的氮離子轟擊齒軸表面，使氮原子滲入齒軸。離子氮化的溫度一般在450-600℃，氮化時間相對較短，通常在10-50小時左右。離子氮化的優點是氮化速度較快、氮化層質量好、齒軸變形小，能夠提高齒軸的表面硬度和性，同時保持齒軸的高精度。
