Nhiệt luyện biến một phôi mềm, dễ gia công thành một bánh răng có thể chịu tải trong nhiều năm, nhưng nó cũng làm kim loại dịch chuyển. Mọi bánh răng được tôi đều đổi hình dạng một chút, và trên một chi tiết thiết kế kém hoặc nạp tải sai, sự thay đổi có thể đủ lớn để bỏ đi cả phôi. Biến dạng không phải là một khuyết tật ngẫu nhiên mà nhà cung cấp hoặc sửa được hoặc không; nó là một phản ứng cơ học có thể dự đoán trước với nhiệt, chuyển pha và sự kìm hãm, và nó phải được tính toán thiết kế, chừa cho phép và cuối cùng được sửa lại bằng công đoạn hoàn thiện. Những người mua coi nhiệt luyện như một hộp đen thường nhận về những lỗ không tròn, răng có sai số hướng răng, đầu bề mặt không phẳng và sai số bước răng chỉ lộ ra khi hộp giảm tốc rít lên. Tin tốt là hầu hết biến dạng đều đã được hiểu rõ, và một khi cơ chế đã rõ, phần việc còn lại chỉ là vấn đề lượng dư, cách gá và kiểm soát quy trình.
Hai loại ứng suất khác nhau tác động lên một bánh răng trong lúc tôi, và mỗi loại làm chi tiết cong theo cách riêng. Ứng suất nhiệt đến từ sự làm nguội không đều: bề mặt nguội trước và cố co lại trong khi lõi còn nóng và dẻo, do đó bề mặt bị kéo căng về phía kéo và sau đó, khi lõi nguội và co lại, bề mặt kết thúc ở trạng thái nén ép. Ứng suất chuyển pha đến chính từ sự thay đổi austenit sang mactensit, vì mactensit chiếm thể tích lớn hơn so với austenit mà nó sinh ra. Bề mặt chuyển pha trước, nở ra trong khi lõi còn là austenit mềm; khi cuối cùng lõi chuyển pha và nở ra, nó đẩy lớp mặt đã cứng ra ngoài. Loại ứng suất nào chiếm ưu thế phụ thuộc vào độ tôi được của thép, kích thước đoạn cắt, tốc độ tôi và cách chi tiết được gá, và kết quả là một hỗn hợp của tăng trưởng, co lại, võng và elip khó đoán nếu không có dữ liệu thử. Thấm cacbon thêm một bước ngoặt nữa vì lớp mặt giàu các-bon chuyển pha khác với lõi nghèo các-bon: lớp mặt thường nở ra trong khi lõi co lại, và nếu thấm cacbon không đều trên răng, chân răng hoặc một bên của bề rộng răng nhận nhiều các-bon và nở nhiều hơn bên kia, làm cong hướng răng. Sau đó, ram làm giãn các ứng suất dư từ quá trình tôi, nhưng bản thân sự giãn đó cũng có thể làm dịch chuyển kích thước một chút, đó là lý do vì sao các chi tiết ổn định được ram hai lần hoặc giữ ở nhiệt độ đủ lâu để hoàn tất chuyển động.
Các bánh răng lớn và đoạn cắt mỏng là nơi biến dạng cắn mạnh nhất. Một bánh răng vành trong thành mỏng với đường kính lớn và chiều dày vách hướng tâm nhỏ có xu hướng trở nên elip trong lúc tôi, vì vành mỏng nguội nhanh hơn cánh web dày hơn và vòng bích bắt bu-lông đỡ nó. Sự thay đổi đoạn cắt cũng làm điều tương tự: một lõi bích dày hơn nhiều so với cánh web, hoặc một vành dày hơn nhiều so với cánh web, nguội theo nhịp riêng và kéo đoạn mỏng hơn lệch ra khỏi độ chính xác. Các lỗ bu-lông, rãnh then và lỗ giảm nhẹ đặt trên một phía của lỗ phá vỡ đối xứng quay và hoạt động như những điểm làm nguội cục bộ và nơi tập trung ứng suất, do đó bánh răng nở không đều quanh chu vi của nó. Các trục bánh răng nhỏ dài mảnh và trục bánh răng hành xử như một cây cung: một phía của trục nguội nhanh hơn một chút so với phía kia, sự nở vì chuyển pha bị lệch, và chi tiết rời khỏi bồn tôi với một sai số hướng răng vĩnh viễn mà chỉ có thể loại bỏ bằng nắn thẳng hoặc mài. Trên thực tế, các thủ phạm tồi tệ nhất là bánh răng vành mỏng, bích một phía, trục then hoa và các cánh web với các khoét cắt không đối xứng.
Câu trả lời tiêu chuẩn là chừa đủ vật liệu để nhiệt luyện dịch chuyển vào, sau đó gia công lại các bề mặt chân thực sau khi đã cứng. Trình tự bắt đầu bằng gia công thô: tiện, doa lỗ và phay lăn phôi gần kích thước cuối cùng nhưng chừa một lớp dày rộng trên mọi bề mặt mà sau này phải chính xác. Lượng dư điển hình là 0,3 đến 1,0 mm trên đường kính lỗ, 0,2 đến 0,5 mm trên đường kính ngoài, vài phần mười milimét trên mỗi đầu bề mặt và 0,15 đến 0,35 mm trên mỗi mặt sườn răng, tùy thuộc vào mô-đun, độ sâu lớp thấm và dữ liệu biến dạng đo được của nhà cung cấp. Lượng dư phải đối xứng: chừa nhiều phôi hơn ở một phía của cánh web hoặc một phía của mặt sườn răng chỉ che giấu biến dạng, chứ không loại bỏ nó. Một bước ủ giảm ứng suất hoặc thường hóa giữa gia công thô và nhiệt luyện cuối cùng loại bỏ ứng suất dư do gia công mà nếu không sẽ cộng thêm vào ứng suất tôi. Sau khi tôi và ram, chi tiết quay trở lại xưởng cơ khí: lỗ được mài hoặc mài khôn tới kích thước, các đầu bề mặt được mài phẳng và song song, và chỉ khi đó răng mới được mài hoàn thiện, bởi vì mài răng trước khi lỗ được chuẩn sẽ khóa độ đảo vào vòng chia.
Mài các răng đã cứng là công đoạn hoàn thiện thực sự sửa biến dạng sau nhiệt luyện, nhưng nó mang theo rủi ro riêng. Một đá mài mòn đứt, một lượng chạy dao quá cao, hoặc dung dịch làm nguội không tới được vùng tiếp xúc có thể nung mặt sườn răng đủ nóng để ram ngược lớp mặt, tạo ra một vùng mềm, chưa ram hoặc thậm chí một mạng nứt mài lan truyền dưới tải. Các biện pháp đối phó thông thường là một đá sắc và được vát đua thường xuyên, lượng ăn dao nhỏ, nhiều dung dịch áp cao nhắm vào cung tiếp xúc, và một lượt mài lửa cuối. Đáng để hiểu giới hạn của các công đoạn hoàn thiện khác: cạo răng luôn được thực hiện trên một bánh răng mềm trước nhiệt luyện, do đó nó hoàn toàn không sửa được biến dạng tôi; mài khôn chỉ loại bỏ vài micromet và được dùng sau khi mài để cải thiện độ nhám bề mặt và tạo ứng suất dư nén làm giảm tiếng ồn; mài là công đoạn duy nhất thực sự có thể sửa sai số hình dáng răng, hướng răng và bước răng sau khi đã cứng. Đối với các bánh răng chính xác trung bình, cạo răng cộng nhiệt luyện là đủ về mặt chi phí, nhưng đối với các bánh răng chính xác cao hoặc tốc độ cao, không có gì thay thế được mài sau tôi, thường theo sau bằng một lượt mài khôn nhẹ.
Một danh sách kiểm soát thực tế đáng được giữ cho mọi dự án. Trước nhiệt luyện, hãy gia công thô chi tiết và giảm ứng suất cho nó, vì các phôi mới gia công mang theo ứng suất bị khóa cứng của riêng chúng. Trong thiết kế, hãy ưu tiên đối xứng: các đoạn vách đồng đều, mẫu lỗ bu-lông đối xứng, thêm các lỗ giả nơi phải cân bằng khối lượng, và tránh các bích mỏng nguội trước. Khi nạp lò, hãy treo các trục theo chiều thẳng đứng trên trục chụp, đỡ các bánh răng vành trên giá phẳng hoặc bằng đồ gá trong lòng, và xếp lò sao cho không chi tiết nào chạm chi tiết khác tại một bề mặt quan trọng. Hãy chọn kỹ môi trường tôi: dầu hoặc polymer làm nguội chi tiết ít hơn nhiều so với nước, và khuấy có kiểm soát tốt hơn ngâm tĩnh. Hãy giữ nhiệt độ lò đồng đều trên toàn bộ lô hàng, với điều khiển vùng đã hiệu chỉnh và đường dốc nhiệt chậm qua vùng chuyển pha. Hãy đo trước và sau: chạy các thanh thử tôi hoặc một mẫu đại diện, ghi lại độ elip lỗ, độ đảo và hướng răng, và giữ một bản đồ biến dạng cho mỗi họ bánh răng để lượng dư có thể được siết chặt theo thời gian thay vì đoán trên mỗi đơn hàng.
Biến dạng tốt nhất được coi là một con số phải được dự đoán trước, chứ không phải một tai nạn cần tránh. Khi bạn yêu cầu nhà cung cấp làm bánh răng, hãy làm cho cuộc trao đổi trở nên cụ thể: nêu rõ cấp chính xác bạn cần, chấp nhận rằng mài sau nhiệt luyện sẽ được dùng để đạt được nó, đặc tả các bề mặt phải hoàn thiện sau khi đã cứng, và yêu cầu các chi tiết mẫu trước để lượng dư có thể được tinh chỉnh. Một nhà cung cấp từ chối đo biến dạng, hoặc hứa không có dịch chuyển nào từ quá trình tôi, đang hứa một điều mà không nhiệt luyện nào có thể giao được. Với lượng dư thực tế, đồ gá hợp lý và một quy trình được ghi chép, chính quá trình tôi làm cứng bánh răng của bạn cũng có thể được tạo ra để để lại chúng đủ gần với độ chính xác đến mức một lượt hoàn thiện đưa chúng vào.