熱處理的定義就是通過溫度的變化改變工件內部顯微組織，進而獲得理想性能的工藝，而工件的性能往往多種多樣，有些性能還存在彼此之間的矛盾關系。例如我們經常遇到的強度和韌性，在一定范圍內存在此消彼長的關系。因此，我們從教科書中得到的專業啟蒙教育就是，如何借助于熱處理工藝獲得良好的強韌性搭配。
一、齒輪類零件的平衡關系
就齒輪類零件而言，基于其復雜的受力狀態，強度和韌性無疑是最基本、最重要的性能，我們在要求輪齒表面具有高硬度、高疲勞強度的同時，還應該具備良好的沖擊韌性，尤其是對于承受沖擊載荷的越野車輛、工程機械齒輪，以及自然條件和載荷多變的風電齒輪等。因此，我們將“剛柔并濟、內外兼修”作為齒輪熱處理的最高境界。
要接近或趨向于上述目標，需要斟酌的因素，或者說要處理的平衡關系很多，其中包括：
（1）表面硬度的確定
根據表面耐磨性、脆性甚至磨削性能的要求，大部分齒輪的表面硬度控制在58~62HRC的范圍。
（2）心部硬度的選擇
有研究表明，齒輪心部硬度處于38HRC附近時，具有最好的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，在確定心部硬度范圍時，還需平衡齒輪模數、材料淬透性以及變性傾向的關系。
（3）硬化層深度的確定
目前一般取15%~25%Mn作為有效硬化層深度，這里需要掌握的一個平衡關系，就是節圓位置與齒根位置的硬化層匹配關系。為了避免兩處的硬化層深度相差懸殊，有些企業標準中明確規定，齒根拐角處硬化層深度不得低于節圓初深度的70%。如美國EATON公司就明確規定，有效硬化層以輪齒節圓為準，允許齒根比節圓處最多淺30%。
（4）表層中殘留奧氏體數量的問題
殘留奧氏體作為亞穩組織不僅影響表面硬度，也存在著由于后續轉變而影響工件尺寸和形狀變化的問題，因此，某些精密零件就有通過深冷處理而減少或消除殘留奧氏體的要求。但是殘留奧氏體組織并非一無是處，它在吸收內應力能量，阻滯微裂紋擴展，提高斷裂韌性方面的積極作用也是明確的，因此，有專家建議，將齒輪表層的殘留奧氏體量控制在16%~19%的水平。
國外殘留奧氏體與馬氏體組織是分別要求的，而且往往只有殘留奧氏體的要求，并無馬氏體的要求。殘留奧氏體級別用百分比來表示，對于汽車、工程機械齒輪來說，殘留奧氏體量應低于20%，相當于國內標準的3級，也有要求低于10%的情況，相當于國內標準的2級。
（5）低溫回火處理
滲碳淬火后低溫回火處理非常重要，稍有不慎，就會前功盡棄。常規回火溫度為180~200℃，但是由于擔心表面硬度等不達標，國內齒輪廠家普遍采用較低的回火溫度，有的已經低于160℃。
較低的溫度如果再加上保溫時間不夠，就難以消除硬化層內的殘留應力，這樣的齒輪往往是硬度有余，而韌性不足，在以后服役條件下容易出現斷齒、崩角等嚴重質量事故，有的齒輪軸在校直時就出現裂紋。
事實上，回火時雖然馬氏體中析出的碳化物造成硬度下降，但與此同時殘留奧氏體會轉變成新的馬氏體或貝氏體，同時增加表面壓應力，表面硬度未必有明顯降低。有人統計，200℃和230℃回火，無論是在表面硬度、硬化層強度，還是表面壓應力方面都不會是質的變化。相反，在硬度相近的情況下，經過略高溫度回火的零件，沖擊韌性更佳，這與調質時所謂高淬高回能得到更佳綜合力學性能的道理是一樣的。
同高空走鋼絲一樣，熱處理過程充滿變數、風險和挑戰，經常是多因一果，把握平衡非常重要，如果顧此失彼，避重就輕，往往會因為失衡而導致不理想的結果，甚至滿盤皆輸。
熱處理技術人員經常遇到的難題就是處理各種復雜的關系，如原材料與工藝，工藝與設備，內在質量與外在質量，熱加工與冷加工等，分析主要矛盾，利用現有條件，達到理想結果，體現著熱處理技術人員的智慧與經驗。
材料熱處理作為一項工程技術，既有科學的一面，又有藝術的屬性，也許這正是這個專業的魅力所在。