Sposób wytwarzania półfabrykatów i przebieg obróbki cieplnej kół zę­batych powinien zapewniać drobnoziarnistą strukturę, prawidłowy układ włókien w odkuwce oraz jak najmniejsze odkształcenia podczas obróbki cieplnej. Odkuwki stalowych kół zębatych w kształcie tarcz (np. koła napędu rozrządu) wykonuje się zwykle w matrycach na młotach lub prasach. Pół­fabrykaty stalowych kół zębatych, ukształtowanych na wałkach (np. koła zębate na wałkach rozrządu), otrzymuje się przez spęczanie na zimno przy użyciu pras automatycznych. W celu zaoszczędzenia materiału, ułatwienia obróbki mechanicznej i uzyskania lepszego układu włókien koła zębate odkuwa się od razu z otworami w piaście. Jest to jednak możliwe dla odkuwek matrycowanych wówczas, gdy średnica otworu wynosi co najmniej 25 mm, a długość nie przekracza dwóch średnic otworu. W przypadku użycia kuźniarek można wykonywać dłuższe otwory (o stosunku długości do średnicy nawet powy­żej 5). Dokładność odkuwek matrycowanych na młotach i spęczanych na kuź­niarkach odpowiada zwykle klasie 9, a matrycowanych na prasach — kla­sie 8 lub nawet 7. W zależności od wymiarów i kształtów półfabrykatów naddatki na obróbkę wynoszą 1,542,5 mm na stronę. Odkuwki kół zębatych o prostych kształtach poddawane są niekiedy ka­librowaniu na powierzchniach czołowych, co umożliwia uniknięcie ko­nieczności obróbki mechanicznej tych powierzchni przed operacją prze­ciągania otworów. Jak już było wspomniane w rozdziale drugim, w produkcji masowej wprowadzana jest obecnie metoda kształtowania zębów przez walcowanie na gorąco. Metoda ta umożliwia znaczną oszczędność metalu, obniżenie pracochłonności obróbki mechanicznej i polepszenie układu włókien w odkuwce. Stalowe koła zębate o małej średnicy (30440 mm), jak np. koła zębate pomp olejowych, wykonuje się najczęściej z materiału prętowego. Wstępna obróbka cieplna odkuwek przeznaczonych na koła nawęglane polega zwykle na wyżarzeniu normalizującym w temperaturze 8604950°C z chłodzeniem w powietrzu. Nawęglanie przeprowadza się w proszku lub gazie w temperaturze 8804920°C, w zależności od rodzaju stali. Grubość warstwy nawęglonej wynosi 0,6fl,5 mm, w zależności od modułu koła. Po nawęgleniu następuje hartowanie pojedyncze lub w przypadkach, gdy wymagana jest najwyższa wytrzymałość rdzenia — podwójne. Oziębianie przeprowadza się w oleju. Po hartowaniu następuje odpuszczanie w tem­peraturze 150f200 °C, po którym twardość powierzchni zębów nie powin­na być mniejsza niż 58 HRC. Najmniejsze odkształcenia daje zastosowanie hartowania bezpośredniego po nawęglaniu. Przy takim sposobie hartowania proces obróbki cieplnej upraszcza się i sprowadza do trzech operacji: 1) nawęglanie z bezpośred­nim hartowaniem, 2) mycie i 3) odpuszczanie; umożliwia to również wpro­wadzenie cyklicznej metody obróbki cieplnej przez połączenie w jeden agregat pieca do nawęglania, maszyny do mycia oraz pieca do odpuszcza­nia. Duże i bardziej skomplikowane koła, ze względu na większe niebezpie­czeństwo odkształceń, hartuje się przy użyciu prasy hartowniczej. Prasa zaopatrzona jest w górną i dolną matrycę oraz stożek rozprężny, który przy opuszczaniu górnej matrycy centruje otwór koła. Po zaciśnięciu koła za­nurza się je w oleju i przeprowadza oziębianie, przy czym cyrkulacja oleju może być odpowiednio regulowana. Obróbka cieplna kół zębatych ze stali do ulepszania ogranicza się do hartowania i odpuszczania. Nagrzewanie do hartowania często odbywa się w soli cyjanowej, przez co uzyskuje się dodatkowe zwiększenie twardości warstwy powierzchniowej. W tym przypadku nagrzewanie odbywa się w dwóch kąpielach; pierwsza z nich o składzie 60% CaCl2 + 40% NaCl i temperaturze 650°C służy do podgrzewania w ciągu 20 minut, a druga o składzie 85% CaCl2 + 15% NaCl i temperaturze 850°C do dogrzewania w czasie 20 minut do temperatury hartowania. Głębokość warstwy nacyjanowanej wynosi 0,2f0,25 mm. Po zahartowaniu w oleju przemywa się koło w roztworze ługu oraz w gorącej wodzie, a następnie poddaje odpu­szczaniu. Twardość nie jest mniejsza niż 50 HRC. W produkcji masowej stosuje się zmechanizowane agregaty do cyjanowania z samoczynną regu­lacją temperatury. Ostatnio coraz częściej stosuje się przy produkcji kół zębatych harto­wanie powierzchniowe, zwłaszcza przy kołach o większych modułach. Przed hartowaniem koła te są normalizowane lub ulepszane cieplnie. Har­towanie powierzchniowe może odbywać się indukcyjnie lub płomieniem. Bardziej wydajne jest hartowanie indukcyjne, dla którego nagrzewanie trwa około 5 sek, a oziębianie odbywa się wodą lub emulsją. Po odpuszcze­niu w temperaturze 180r200°C twardość na powierzchni zęba nie powin­na być mniejsza niż 58 HRC.