工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結(jié)束時，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。鋼的熱處理

這種現(xiàn)象受到冷卻速度，材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當冷卻速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷卻過程中在熱應力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，最后形成的殘余應力就愈大。

另一方面鋼的熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，因比容的增大會伴隨工件體積的膨脹，工件各部位先后相變，造成體積長大不一致而產(chǎn)生組織應力。組織應力變化的最終結(jié)果是表層受拉應力，心部受壓應力，恰好與熱應力相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度，形狀，材料的化學成分等因素有關。

實踐證明，任何工件在熱處理過程中，只要有相變，熱應力和組織應力都會發(fā)生。只不過熱應力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的，在整個冷卻過程中，熱應力與組織應力綜合作用的結(jié)果，就是工件中實際存在的應力。

這兩種應力綜合作用的結(jié)果是十分復雜的，受著許多因素的影響，如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型，即熱應力和組織應力，作用方向相反時二者抵消，作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加，兩個應力應有一個占主導因素，熱應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受拉，表面受壓。組織應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。