1.熱應力

工件快速冷卻過程中表層先冷，中心后冷，始終存在表心溫差。在冷卻初期表層溫度的下降比心部快，表層的較大收縮受到心部的牽制，表層產生拉應力，心部產生壓應力。在繼續(xù)冷卻時表心溫度繼續(xù)增大，使表面的拉應力和心部壓應力繼續(xù)增加。

當應力增大到一定溫度下的屈服強度時，便造成表面伸長和心部壓縮的塑性變形，使截面上的應力得到一定程度的松弛，在進一步冷卻過程中，表層溫度下降的速率已不如心部快，心部比表面有較大的收縮，使表層的拉應力和心部的壓應力趨于降低，并在冷卻最后階段出現(xiàn)熱應力反向，即表層為壓應力，心部為拉應力。此時因溫度已很低，屈服強度已顯著升高，鋼件內應力不能再引起塑性變形，所以這種應力狀態(tài)被保留下來而成為殘留應力。

2．組織應力

鋼件經高頻感應退火電源淬火時的組織應力主要是由于溫差造成馬氏體轉變時間差而引發(fā)的。上圖表示在全淬透的情況下假設不存在熱應力時圓柱體的組織應力演變過程。在t1至t2之間，表面溫度降至Ms點以下，心部溫度尚處于Ms點以上，表層形成馬氏體發(fā)生體積膨脹受到未轉變的心部的牽制，在表面產生壓應力，心部產生拉應力。上圖中的右邊的曲線表示在彈性狀態(tài)下組織應力的變化。圖中同時表示出鋼屈服強度的變化。此時心部尚處于強度較低和塑性較高的奧氏體狀態(tài)，心部拉應力和表層壓應力分別超過了該溫度下的屈服強度時將產生塑性變形，使應力松弛（見上圖)。繼續(xù)冷卻到t2之后，心部溫度降至Ms以下，心部發(fā)生馬氏體轉變引起體積膨脹。由于表層已轉變成強度高塑性低的馬氏體，不能產生塑性變形，以致最終造成表面為殘留拉應力，心部為殘留壓應力。

3.淬火鋼中的殘留應力

淬火鋼件的殘留應力場是殘留熱應力與殘留組織應力互相疊加的結果，可能出現(xiàn)下圖所示的幾種情況。圖中第一組曲線，是冷卻過程沒有發(fā)生相變，出現(xiàn)熱應力型的殘留應力分布；第二個是組織應力抵消了一部分熱應力，成為以熱應力為主的殘留應力分布；第三個是過渡狀態(tài)；第四個中的組織應力超過了熱應力形成組織應力型的殘留應力；第五個為組織應力的作用遠遠超過熱應力的情況，最后一類的殘留應力狀態(tài)常常是引起淬火鋼中縱向裂紋的原因。

當鋼件利用高頻感應退火電源未淬透時，還存在因淬硬層與未淬硬的心部之間的比容差而引起的應力。二者的比容差通常使淬硬層趨向應壓力狀態(tài)，而未淬硬芯部處于拉應力狀態(tài)。在淬硬與未淬硬的過渡區(qū)，應力發(fā)生突變。當淬硬層較厚時，表面壓應力減小而心部截應力增大。一些高碳鋼利用高頻感應退火電源進行淬火時，在淬硬與未淬硬過渡區(qū)中形成的橫向弧形裂紋正是由于在過渡區(qū)中這種拉應力最大值而引起的。