工件在加熱和冷卻過(guò)程中，由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不一致,形成溫差，就會(huì )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(kāi)始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結束時(shí)，由于心部其后冷卻體積收縮不能自由進(jìn)行而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下后終使工件表層受壓而心部受拉。這種現象受到冷卻速度，材料成分和金屬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(guò)程中在熱應力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，其后形成的殘余應力就愈大。另一方面鋼在熱處理過(guò)程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉變時(shí)，因比容的增加會(huì )伴隨工件體積的膨脹，工件各部位先后相變，造成體積長(cháng)大不一致而產(chǎn)生組織應力。組織應力變化的后終結果是表層受拉應力，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的冷卻速度，形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。

       不管什么工件在金屬熱處理過(guò)程中，只要有相變，熱應力和組織應力都會(huì )發(fā)生。只不過(guò)熱應力在組織轉變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應力則是在組織轉變過(guò)程中產(chǎn)生的，在整個(gè)冷卻過(guò)程中，熱應力與組織應力綜合作用的結果，就是工件中實(shí)際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結果是很復雜的，受著(zhù)許多因素的影響，如成分、形狀、金屬熱處理工藝等。就其發(fā)展過(guò)程來(lái)說(shuō)只有兩種類(lèi)型，即熱應力和組織應力，作用方向相反時(shí)二者抵消，作用方向相同時(shí)二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加，兩個(gè)應力應有一個(gè)占主導因素，熱應力占主導位置時(shí)的作用結果是工件心部受拉，表面受壓。組織應力占主導位置時(shí)的作用結果是工件心部受壓表面受拉。