Se investigó el comportamiento de deformación en caliente y la evolución de la microestructura del acero para engranajes SAE8620RH a través de una prueba de compresión en caliente de un solo paso a temperaturas de deformación entre 850 y 1100 grados C y tasas de deformación entre 0.02 y 8.0 s-1 con una reducción del 60%. Se desarrolló un novedoso modelo constitutivo de compensación de deformación, y se establecieron los mapas de procesamiento en 2D mediante el criterio de Murty. Los resultados mostraron que la relación entre los parámetros relacionados con el material y la deformación se puede expresar matemáticamente mediante un polinomio de 8º orden altamente confiable. El modelo constitutivo de compensación de deformación construido demostró una notable precisión predictiva, como lo evidencian el coeficiente de correlación (R) y los valores absolutos del error relativo promedio (AARE) de 0.978 y 4%, respectivamente. Los dominios de inestabilidad del flujo se expandieron considerablemente hacia la región de alta temperatura de deformación a medida que aumentaba la deformación. El análisis de microestructura confirmó la precisión del mapa de procesamiento construido por el criterio de Murty. Las ventanas de procesamiento óptimas más notables para el acero para engranajes SAE8620RH a una deformación de 0.7 ocurrieron dentro del rango de temperatura de 1000-1100 grados C y el rango de tasa de deformación de 0.3-1.0 s-1, debido a altos valores que superan 0.3 y una microestructura de recristalización dinámica equiaxial.