El tratamiento térmico convierte una pieza blanda y fácil de mecanizar en un engranaje capaz de soportar carga durante años, pero también mueve el metal. Todo engranaje templado cambia un poco de forma y, en piezas mal diseñadas o mal dispuestas en el horno, el cambio puede ser tan grande que obligue a desecharlo. La distorsión no es un defecto aleatorio que el proveedor arregla o no arregla, sino una respuesta mecánica previsible al calor, a la transformación y a la restricción: debe preverse en el diseño, compensarse con margen y corregirse al final con acabado. Quien trata el temple como una caja negra suele recibir agujeros ovalados, dientes con error de hélice, caras no planas y errores de paso que solo se manifiestan cuando la caja empieza a zumbar. La buena noticia es que la mayor parte de la distorsión está bien entendida, y una vez claro el mecanismo, lo que queda es cuestión de margen, utillaje y control del proceso.
Durante el temple actúan dos tensiones distintas y cada una dobla la pieza a su manera. La tensión térmica nace del enfriamiento desigual: la superficie se enfría y intenta contraerse primero mientras el núcleo sigue caliente y plástico, de modo que la superficie queda traccionada y, al enfriarse y contraerse después el núcleo, acaba comprimida. La tensión de transformación nace del propio cambio de austenita a martensita, porque la martensita ocupa más volumen que la austenita de la que procede. La superficie se transforma primero y se expande mientras el núcleo aún es austenita blanda; cuando el núcleo finalmente se transforma y se expande, empuja hacia fuera la capa ya endurecida. Qué tensión domina depende de la templabilidad del acero, del tamaño de sección, de la velocidad de temple y de cómo se sujeta la pieza, y el resultado es una mezcla de crecimiento, contracción, curvatura y ovalidad difícil de adivinar sin datos de prueba. La carburación añade un giro más: la capa rica en carbono se transforma de modo distinto que el núcleo bajo en carbono, la capa suele crecer mientras el núcleo se encoge, y si la carburación es irregular sobre el diente, la raíz o un lado de la anchura recibe más carbono y más expansión que el otro, doblando la línea del diente. El revenido relaja entonces las tensiones residuales del temple, pero esa relajación misma puede cambiar ligeramente las dimensiones, y por eso las piezas estables se revenan dos veces o se mantienen a temperatura el tiempo suficiente para que el movimiento se complete.
Los engranajes grandes y de sección ligera son donde la distorsión muerde más fuerte. Una corona interior anular de pared delgada, con diámetro grande y poco espesor radial, tiende a ovalarse en el temple, porque la llanta delgada se enfría más rápido que el alma pesada y el anillo atornillado que la sostiene. Los cambios de sección hacen lo mismo: un cubo mucho más pesado que el alma, o una llanta mucho más pesada que el alma, se enfría a su propio ritmo y arrastra la sección más ligera fuera de escuadra. Los taladros de fijación, las chaveteras y los aligeros dispuestos a un lado del agujero rompen la simetría de revolución y actúan como enfriadores locales y concentradores de tensión, de modo que el engranaje crece de forma desigual alrededor de su perímetro. Los ejes-piñón largos y delgados se comportan como un arco: un lado del eje se enfría algo más rápido que el otro, la expansión de transformación es asimétrica y la pieza sale del baño con un error permanente de hélice que solo se quita enderezando o rectificando. En la práctica, los peores casos son las coronas delgadas, las bridas de un lado, los ejes estriados y las almas con recortes asimétricos.
La respuesta estándar es dejar bastante material para que el tratamiento se mueva hacia el margen, y volver a mecanizar después del temple las superficies verdaderas. La secuencia empieza por el mecanizado en bruto: tornear, agujerear y tallar el disco cerca de la medida final, pero dejando una capa generosa en toda superficie que después deba ser exacta. Los márgenes típicos son de 0,3 a 1,0 mm en el diámetro del agujero, de 0,2 a 0,5 mm en el diámetro exterior, unas décimas en cada cara y de 0,15 a 0,35 mm por flanco de diente, según el módulo, la profundidad de capa y los datos de distorsión medidos por el proveedor. El margen debe ser simétrico: dejar más material a un lado del alma o de un flanco solo oculta la distorsión, no la elimina. Un recocido de alivio de tensiones o un normalizado entre el desbaste y el tratamiento final elimina las tensiones residuales de mecanizado que, de otro modo, se sumarían a las del temple. Tras el temple y el revenido, la pieza vuelve al taller: el agujero se rectifica o bruníe hasta la medida, las caras se rectifican planas y paralelas, y solo entonces se acaban de rectificar los dientes, porque rectificar los dientes antes de poner el agujero en su sitio fijaría el descentramiento en el paso.
Rectificar los dientes endurecidos es el paso que de verdad corrige la distorsión postratamiento, pero introduce su propio riesgo. Una muela desgastada, un avance demasiado alto o un refrigerante que no llega a la zona de contacto pueden calentar el flanco hasta volver a templar la capa, produciendo una zona blanda sin revenir o incluso una red de microfisuras de rectificado que se propagan bajo carga. Las contramedidas habituales son una muela afilada y frecuentemente vestida, pasadas de poco espesor, abundante refrigerante a alta presión apuntando al arco de contacto y una pasada de chispeo. Conviene entender también los límites de los demás acabados: el brochado se hace siempre sobre un engranaje blando antes del tratamiento, de modo que no corrige en absoluto la distorsión de temple; el brunido solo quita unos micrómetros y se usa tras el rectificado para mejorar el acabado y crear una tensión residual compresiva que reduce el ruido; la rectificación es el único proceso que puede corregir realmente errores de perfil, de hélice y de paso tras el endurecido. Para engranajes de precisión media, brochado más tratamiento basta en coste, pero para engranajes de alta precisión o alta velocidad no hay sustituto de rectificar después del temple, a menudo seguido de un brunido ligero.
Una lista práctica de control conviene en cada proyecto. Antes del tratamiento, desbaste la pieza y alivie tensiones, porque los discos recién mecanizados llevan sus propias tensiones encerradas. En el diseño, favorezca la simetría: secciones de espesor uniforme, taladros de tornillos simétricos, agujeros pastilla donde haya que equilibrar masa, y evite las bridas delgadas que se enfrían primero. En la carga, cuelgue los ejes verticalmente sobre mandrinos, apoye las coronas sobre platillos planos o con útiles internos, y cargue el horno de modo que ninguna pieza toque a otra en una superficie crítica. Elija bien el medio de temple: el temple en aceite o polímero mueve la pieza mucho menos que el agua, y la agitación controlada supera al temple en reposo. Mantenga la temperatura del horno uniforme en toda la carga, con control de zonas calibrado y una rampa lenta por el rango de transformación. Mida antes y después: pase barras de prueba o una muestra representativa, registre ovalidad del agujero, descentramiento y hélice, y guarde un mapa de distorsión para cada familia de engranajes, de modo que el margen pueda estrecharse con el tiempo en lugar de adivinarse en cada pedido.
La distorsión se trata mejor como un número que debe predecirse, no como un accidente que deba evitarse. Cuando pida engranajes a un proveedor, concrete la conversación: indique la clase de precisión que necesita, acepte que se usará la rectificación postratamiento para alcanzarla, especifique las superficies que deben acabarse después del temple, y pida primero piezas de muestra para ajustar el margen. Un proveedor que se niega a medir la distorsión, o que promete cero movimiento con el temple, promete algo que ningún tratamiento térmico puede entregar. Con un margen realista, un utillaje sensato y un proceso documentado, el mismo temple que endurece sus engranajes puede hacerse también para dejarlos lo bastante cerca de la escuadra como para que una pasada de acabado los lleve a tolerancia.