轻载齿轮承载能力大，冲击力大，安全要求高，使用时要求耐磨性强，触摸疲劳极限高，弯曲疲劳极限高，抗冲击性和过载能力高。低碳合金工具钢制造，如20CrMnMo，常见于轻载齿轮，需要通过渗碳淬火热处理来满足其性能要求。
齿轮最简单的渗碳热处理工艺是渗碳后冷却至淬火温度，保温后直接淬火。这种方法容易使材料晶粒粗大、脆性大、工件组织应力大，只能承载小模数齿轮的强度。目前，20CrMn钢零件在生产中最常用的工艺是在渗碳后将炉子冷却到550℃，然后再次放入炉子中加热淬火。因为渗碳后需要炉子冷却到一定温度才能出炉，出炉温度越低，越有利于降低材料表面的氧化脱碳，炉子温度越小，工件的降温速度越慢；另一方面，由于工件需要在立式炉中加热。
针对目前齿轮热处理工艺能耗高、生产时间长等问题，上海热处理厂开发了新的渗碳淬火热处理方法。该工艺将渗碳、等温和淬火结合在一起，不仅简化了工艺，缩短了工艺时间，降低了生产能耗，而且能有效控制轻载齿轮渗碳热处理的各项技术指标。
新技术的技术要点如下：
(1)渗碳阶段。提高渗碳中强渗、扩散各阶段的碳势、时间等工艺指标，达到表面碳浓度、渗碳深度、渗碳浓度梯度等质量标准。渗碳温度为900℃。
(2)渗碳炉冷却阶段。随着炉温的缓慢下降，少量细网渗碳体逐渐沉淀在渗碳表面，冷却至620℃以下时，等温滞留。在这个阶段，马氏体向珠光体转化，渗碳表面渗碳体会有一些球化作用，为后续淬火做好组织准备。渗碳体在等温阶段的球化作用主要取决于表面碳含量。如果表面碳浓度较高，会形成粗网或大小块渗碳体，球化效果差，因此必须将表面碳浓度控制在0.85~1.00，这是这种渗碳复合热处理技术的控制要点之一。
(3)淬火加热阶段。这一阶段的技术关键是将淬火加热过程分为两个阶段：第一阶段加热温度高于840~860℃，有利于工件芯部铁素体的转化。此时，珠光体转化为马氏体，渗层部分渗碳体融入马氏体，保证了淬火后奥氏体的高硬度和强度，同时保留了适量的不溶性渗碳体。第二阶段，低加热温度为810~830℃，以降低淬火应力，同时有利于表面获得高硬度。
(4)淬火阶段。淬火马氏体通过200~240℃的低温回火，转化为回火马氏体，同时将表面残留的奥氏体分解为奥氏体。选择两次淬火，以使残留的奥氏体完全转化，有利于清除热处理应力。
经过多年的实践证明，上述新型渗碳复合热处理工艺具有明显的节能减耗效果，可缩短原有渗碳热处理工艺周期约20，节能减耗至少10，也减少了渗碳剂的消耗，有效降低了热处理生产成本；而且工艺重复性好，质量稳定性高。
