热处理应力主要可以分为热应力和组织应力两种，工件的热处理畸变是热应力和组织应力综合作用的结果。热处理应力在工件内存在的状态及其引起的作用是有所不同的。因加热或冷却不均匀而造成的内应力称为热应力；因组织转变的不等时性所造成的内应力称为组织应力。另外，因工件内部组织转变的不均匀而引起的内应力称为附加应力。热处理后工件的最终应力状态及应力大小取决于热应力、组织应力及附加应力之和，称之为残留应力。
工件在热处理时形成的畸变与裂纹，就是这些内应力综合作用的结果。同时，在热处理应力的作用下，有时会使工件的某一部分处于拉应力状态，而另一部分处于压应力状态，有时可能使工件内部各部分的应力状态分布十分复杂。对此，应根据实际情况加以分析。
1.热应力
热应力是热处理过程中，工件的表面与中心或薄的部位和厚的部位之间因加热或冷却速度的不同导致体积胀缩不均而产生的内应力。通常，加热或冷却速度越快，产生的热应力越大。
2.组织应力
由相变引起的比体积变化的不等时性所产生的内应力称作组织应力，组织应力又称相变应力。通常，组织结构转变前后其比体积越大、各部位转变的时间差越大，则组织应力也越大。
3.附加应力
工件在热处理过程中，除了能够形成热应力与组织应力外，因工件表面与中心处组织的不均匀性以及工件内部的弹性畸变不一致也能形成内应力，称之为附加应力。例如，工件表层的增碳或者脱碳，表面淬火或局部淬火以及其他能够导致工件表面和中心处组织不均的因素，均能够产生热处理的附近应力。
（1）表面淬火或者局部淬火时形成的附加应力局部淬火或者表面淬火（如感应淬火、火焰淬火和激光淬火等）时，仅在被淬火的部分形成马氏体组织，没有淬火的部分仍是原始组织，从而导致整个工件上比体积的差别。此时，因工件表层马氏体使比体积增大引起的膨胀受到中心部分的限制，使表面受到压应力，中心受到拉应力的作用。
（2）渗碳淬火时形成的附加应力渗碳工件淬火时，因其表层含碳量较高，内部含碳量低（钢材的原始含碳量），则表层与心部的相变温度（即Ms点）不同（表层较心部的相变温度低）。因此，内部首先发生组织转变而膨胀。这时表层组织仍为奥氏体，仍处于塑性状态。初期表面受到拉应力的作用，心部受到压应力作用。因表层的塑性极好，在拉应力作用下易发生塑性畸变而导致应力松弛，即其应力值有所减小。随后，待高碳的表层也发生马氏体转变而膨胀时，表层与中心的应力正好相反，即表面是压应力，心部是拉应力。
4.残留应力
热处理时只要伴随有相变过程，热应力与组织应力将同时产生。工件的最终应力状态取决于热应力、组织应力及附加应力之和。热处理后最终保留下来的内应力，叫做残留应力。其分为残留拉应力（以“+”表示）与残留压应力（以“－”表示）。
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