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粉末冶金齿轮和其他金属材料一样可以通过热处理的方法改善其力学性能。应用在粉末冶金齿轮中的热处理方法有退火、正火、淬火、回火、以及渗碳、渗氮和碳氮共渗等。这些方法无疑可以大大的提高粉末齿轮的力学性能，但是由于粉末冶金齿轮的独特性，在选择热处理的方法和工艺条件时，不能完全参照致密材料，必须要进行合理的调整以适合粉末冶金齿轮的处理，否则会得不到热处理的效果，甚至造成毁坏性的结果。采用热处理改善粉末冶金齿轮性能的材料主要是铁系合金(烧结钢)。 1.粉末冶金齿轮烧结钢在热烧结钢的空隙具有隔热的作用，因此与致密钢相比，烧结钢导热率低，热量难于散失，导致淬透性差。
2.组织均匀性对奥氏体化的影响，烧结钢组织均匀性因受到碳的分布不均匀等因素影响而变差。致使其奧氏体均匀化的温度和时间要比致密钢高得多，在相同的条件下，达到完全均匀化的时间要高出50%。如果烧结钢中添加有合金元素则均匀化温度更高，时间更长。
3.空隙对碳含量的影响，由于烧结钢中孔隙的存在，如采用与致密钢相同的方法进行处理，在处理过程中容易发生氧化和脱碳。所以对于含有6%孔隙的烧结钢热处理要在保护气氛下或埋入固体填料(如分解氨、天然气转化气体、木炭、铸铁屑等)中进行。此外由于孔隙的存在以及密度不均匀，容易造成淬火裂纹和变形。
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