由于熱處理過程中存在相變和熱應(yīng)力，因此熱處理變形總是不可避免的。一定量微小變形是允許的，但總變形超過限度就成為熱處理缺陷。熱處理缺陷中最危險(xiǎn)的是裂紋，它屬于不可挽救的缺陷，一般只能將裂紋鍛件報(bào)廢處理。所以，在熱處理生產(chǎn)中，應(yīng)盡量減少變形，并且特別注意避免產(chǎn)生裂紋。
鍛件在加熱和冷卻過程中，將發(fā)生熱脹冷縮的體積變化以及因相變時(shí)新舊兩相比體積差異而發(fā)生的體積變化。由于熱傳導(dǎo)過程、鍛件的表面比心部先加熱或先冷卻，在截面上外部分之間存在溫差，導(dǎo)致鍛件表面和心部的體積變化不能同時(shí)發(fā)生。各部分體積變化的相互牽制就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
鍛件在加熱或冷卻時(shí)，由于表面和心部存在的溫差導(dǎo)致熱脹冷縮的不一致所引起的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力是熱處理過程普遍存在的一種內(nèi)應(yīng)力。
冷卻初期，表層首先冷卻產(chǎn)生體積收縮，由于試樣心部溢度下降較少，體積收縮相應(yīng)也較小，這樣在同一試樣上內(nèi)外收縮最不同則相互之間發(fā)生作用力。試樣表面的收縮將受到心部的阻礙，于是在試樣表層產(chǎn)生拉應(yīng)力、心部為壓應(yīng)力。此應(yīng)力值隨若溢度的升高而增加，當(dāng)應(yīng)力超過心部的屈服強(qiáng)度時(shí)，試樣發(fā)生表足拉伸、心部壓縮的塑性變形。變形的結(jié)果使內(nèi)應(yīng)力得到一定程度的松弛、應(yīng)力值降低。當(dāng)表面溫度接近室溫或淬火冷卻介質(zhì)的溫度時(shí)，心部以相對(duì)快的速度冷卻收縮，但此時(shí)心部的收縮又受到表層的牽制，結(jié)果試樣內(nèi)形成與冷卻階段初期方向相反的內(nèi)應(yīng)力，即在表層產(chǎn)生壓應(yīng)力、心部為拉應(yīng)力。由于試樣溫度已經(jīng)很低，鋼的屈服強(qiáng)度明顯升高，熱應(yīng)力不再引起塑性變形， 這樣的應(yīng)力分布就被保留下來成為殘留應(yīng)力。因此，熱應(yīng)力作用的結(jié)果最終是使鍛件表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)。
