在轴加工的整个工艺过程中，应安排足够的热处理工序，以保证齿轮轴力学性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。一般在轴毛坯锻造后首先安排正火处理，以消除锻造内应力，细化晶粒，改善机加工时的切削性能。在粗加工后安排调质处理。在粗加工阶段，经过粗车、钻孔等工序，齿轮轴的大部分加工余量被切除。粗加工过程中切削力和发热都很大，在力和热的作用下，轴产生很大内应力，通过调质处理可消除内应力，代替时效处理，同时可以得到所要求的韧性。

半加工后，除重要表面外，其他表面均已达到设计尺寸。重要表面仅剩精加工余量，这时在齿部等安排局部淬火处理，使之达到设计的硬度要求，保证这些表面耐磨性。而后续的精加工工序可以消除淬火变形。