1.热应力

工件快速冷却过程中表层先冷，中心后冷，始终存在表心温差。在冷却初期表层温度的下降比心部快，表层的较大收缩受到心部的牵制，表层产生拉应力，心部产生压应力。在继续冷却时表心温度继续增大，使表面的拉应力和心部压应力继续增加。

当应力增大到一定温度下的屈服强度时，便造成表面伸长和心部压缩的塑性变形，使截面上的应力得到一定程度的松弛，在进一步冷却过程中，表层温度下降的速率已不如心部快，心部比表面有较大的收缩，使表层的拉应力和心部的压应力趋于降低，并在冷却最后阶段出现热应力反向，即表层为压应力，心部为拉应力。此时因温度已很低，屈服强度已显著升高，钢件内应力不能再引起塑性变形，所以这种应力状态被保留下来而成为残留应力。

2．组织应力

钢件经高频感应退火电源淬火时的组织应力主要是由于温差造成马氏体转变时间差而引发的。上图表示在全淬透的情况下假设不存在热应力时圆柱体的组织应力演变过程。在t1至t2之间，表面温度降至Ms点以下，心部温度尚处于Ms点以上，表层形成马氏体发生体积膨胀受到未转变的心部的牵制，在表面产生压应力，心部产生拉应力。上图中的右边的曲线表示在弹性状态下组织应力的变化。图中同时表示出钢屈服强度的变化。此时心部尚处于强度较低和塑性较高的奥氏体状态，心部拉应力和表层压应力分别超过了该温度下的屈服强度时将产生塑性变形，使应力松弛（见上图)。继续冷却到t2之后，心部温度降至Ms以下，心部发生马氏体转变引起体积膨胀。由于表层已转变成强度高塑性低的马氏体，不能产生塑性变形，以致最终造成表面为残留拉应力，心部为残留压应力。

3.淬火钢中的残留应力

淬火钢件的残留应力场是残留热应力与残留组织应力互相叠加的结果，可能出现下图所示的几种情况。图中第一组曲线，是冷却过程没有发生相变，出现热应力型的残留应力分布；第二个是组织应力抵消了一部分热应力，成为以热应力为主的残留应力分布；第三个是过渡状态；第四个中的组织应力超过了热应力形成组织应力型的残留应力；第五个为组织应力的作用远远超过热应力的情况，最后一类的残留应力状态常常是引起淬火钢中纵向裂纹的原因。

当钢件利用高频感应退火电源未淬透时，还存在因淬硬层与未淬硬的心部之间的比容差而引起的应力。二者的比容差通常使淬硬层趋向应压力状态，而未淬硬芯部处于拉应力状态。在淬硬与未淬硬的过渡区，应力发生突变。当淬硬层较厚时，表面压应力减小而心部截应力增大。一些高碳钢利用高频感应退火电源进行淬火时，在淬硬与未淬硬过渡区中形成的横向弧形裂纹正是由于在过渡区中这种拉应力最大值而引起的。