O tratamento térmico transforma um brando e fácil de usinar em uma engrenagem capaz de suportar carga por anos, mas também move o metal. Toda engrenagem temperada muda um pouco de forma e, em peças mal projetadas ou mal dispostas no forno, a mudança pode ser grande o bastante para sucateá-la. A distorção não é um defeito aleatório que o fornecedor conserta ou não conserta, mas uma resposta mecânica previsível ao calor, à transformação de fase e à restrição: ela deve ser prevista no projeto, compensada com sobremedida e corrigida ao final pelo acabamento. Quem trata a têmpera como caixa preta costuma receber furos ovalizados, dentes com erro de hélice, faces não planas e erros de passo que só aparecem quando o reduto começa a zumbir. A boa notícia é que a maior parte da distorção é bem compreendida, e uma vez claro o mecanismo, o que resta é questão de sobremedida, fixação e controle do processo.
Durante a têmpera, duas tensões diferentes agem e cada uma curva a peça à sua maneira. A tensão térmica vem do resfriamento desigual: a superfície esfria e tenta contrair primeiro enquanto o núcleo ainda está quente e plástico, de modo que a superfície fica tracionada e, depois, à medida que o núcleo esfria e se contrai, acaba comprimida. A tensão de transformação vem da própria mudança de austenita para martensita, porque a martensita ocupa mais volume que a austenita da qual se originou. A superfície se transforma primeiro e se expande enquanto o núcleo ainda é austenita mole; quando o núcleo finalmente se transforma e se expande, empurra para fora a camada já endurecida. Qual tensão domina depende da temperabilidade do aço, do tamanho da seção, da velocidade de têmpera e do modo de fixação, e o resultado é uma mistura de crescimento, contração, empenamento e ovalidade difícil de adivinhar sem dados de ensaio. A cementação acrescenta um toque a mais: a camada rica em carbono se transforma de modo diferente do núcleo pobre em carbono, a camada costuma crescer enquanto o núcleo encolhe, e, se a cementação é irregular sobre o dente, a raiz ou um lado da largura recebe mais carbono e mais expansão que o outro, curvando a linha do dente. O revenimento então alivia as tensões residuais da têmpera, mas esse próprio alívio pode deslocar levemente as dimensões, motivo pelo qual peças estáveis são revenidas duas vezes ou mantidas em temperatura tempo suficiente para concluir o movimento.
Engrenagens grandes e de seção leve são onde a distorção morde mais forte. Uma coroa interna de parede fina, com diâmetro grande e pequena espessura radial, tende a ficar oval na têmpera, porque a coroa fina esfria mais rápido que a alma pesada e o anel aparafusado que a sustenta. Mudanças de seção fazem o mesmo: um cubo muito mais pesado que a alma, ou uma coroa muito mais pesada que a alma, esfria no próprio ritmo e arrasta a seção mais leve para fora do esquadro. Furos de parafuso, canais de chaveta e furos de alívio dispostos de um lado do furo quebram a simetria de rotação e agem como resfriadores locais e concentradores de tensão, de modo que a engrenagem cresce de forma desigual ao redor do perímetro. Eixos-pinhão longos e finos se comportam como um arco: um lado do eixo esfria um pouco mais rápido que o outro, a expansão de transformação é desigual e a peça sai do banho com um erro permanente de hélice que só se remove por endireitamento ou retífica. Na prática, os piores casos são coroas finas, flanges de um lado, eixos estriados e almas com recortes assimétricos.
A resposta padrão é deixar material suficiente para que o tratamento se mova para dentro da sobremedida e, depois do endurecimento, usinar de volta as superfícies verdadeiras. A sequência começa com a usinagem bruta: torneie, fure e frese o disco perto da medida final, mas deixando uma camada generosa em toda superfície que depois deva ser exata. Sobremedidas típicas são de 0,3 a 1,0 mm no diâmetro do furo, de 0,2 a 0,5 mm no diâmetro externo, alguns décimos em cada face e 0,15 a 0,35 mm por flanco de dente, conforme módulo, profundidade de camada e os dados de distorção medidos pelo fornecedor. A sobremedida deve ser simétrica: deixar mais material de um lado da alma ou de um flanco do dente apenas esconde a distorção, não a elimina. Um recozimento de alívio de tensões ou um normalizado entre o desbaste e o tratamento final remove as tensões residuais de usinagem que, de outro modo, se somariam às da têmpera. Após a têmpera e o revenimento, a peça volta à oficina: o furo é retificado ou brunido até a medida, as faces são retificadas planas e paralelas, e só então os dentes são acabados por retífica, porque retificar os dentes antes de colocar o furo no verdadeiro travaria o desvio no passo.
Retificar os dentes endurecidos é a etapa de acabamento que realmente corrige a distorção pós-tratamento, mas traz seu próprio risco. Um rebolo cego, um avanço excessivo ou um fluido de corte que não chega à zona de contato podem aquecer o flanco até revenir a camada para trás, produzindo uma zona mole não revenida ou mesmo uma rede de microfissuras de retífica que se propagam sob carga. As contramedidas habituais são um rebolo afiado e frequentemente dressado, pequenas penetrações, bastante fluido de alta pressão apontado para o arco de contato e uma passagem de faísca. Vale também entender os limites dos outros acabamentos: o shaving é sempre feito em engrenagem mole antes do tratamento, de modo que não corrige absolutamente a distorção de têmpera; o brunimento remove apenas alguns micrômetros e é usado após a retífica para melhorar o acabamento superficial e introduzir uma tensão residual compressiva que reduz o ruído; a retífica é o único processo que pode realmente corrigir erros de perfil, hélice e passo após o endurecimento. Para engrenagens de precisão média, shaving mais tratamento basta em custo, mas para engrenagens de alta precisão ou alta velocidade não há substituto para retificar após a têmpera, frequentemente seguido de um leve brunimento.
Uma lista prática de controle vale para cada projeto. Antes do tratamento, desbaste a peça e alivie tensões, pois os discos recém-usinados carregam suas próprias tensões presas. No projeto, favoreça a simetria: seções de espessura uniforme, furos de parafuso simétricos, furos-padrão onde a massa deva ser balanceada e evite flanges finas que esfriam primeiro. No carregamento, pendure os eixos verticalmente sobre mandris, apoie as coroas sobre plataformas planas ou com dispositivos internos e carregue o forno de modo que nenhuma peça toque a outra numa superfície crítica. Escolha bem o meio de têmpera: o óleo ou polímero move a peça muito menos que a água, e a agitação controlada vence a têmpera em repouso. Mantenha a temperatura do forno uniforme em toda a carga, com controle de zonas calibrado e rampa lenta pela faixa de transformação. Meça antes e depois: ensaie barras de prova ou uma amostra representativa, registre a ovalidade do furo, o desvio e a hélice, e mantenha um mapa de distorção para cada família de engrenagens, para que a sobremedida possa ser ajustada ao longo do tempo em vez de adivinhada a cada pedido.
A distorção é melhor tratada como um número a prever, e não como um acidente a evitar. Quando você pedir engrenagens a um fornecedor, torne a conversa concreta: indique a classe de precisão de que precisa, aceite que a retífica pós-tratamento será usada para alcançá-la, especifique as superfícies que devem ser acabadas após o endurecimento e peça primeiro peças amostrais para que a sobremedida seja ajustada. Um fornecedor que se recusa a medir a distorção, ou que promete deslocamento zero na têmpera, promete algo que nenhum tratamento térmico pode entregar. Com sobremedida realista, fixação sensata e processo documentado, a mesma têmpera que endurece suas engrenagens também pode ser conduzida para deixá-las perto o suficiente do esquadro para que uma passagem de acabamento as coloque na tolerância.